Tesi sul tema "Takagi Sugeno (TS) fuzzy models"

Cette thèse concerne les problèmes de stabilité et de stabilisation des systèmes non linéaires décrits par des modèles flous de type Takagi Sugeno (TS) incluant les contraintes liées à la transmission d'information en réseau, au rejet de perturbations, aux variations paramétriques et à la non fragilité de la commande. L'enjeu consiste à proposer des conditions de stabilité permettant la synthèse des lois de commande centralisées et décentralisées, qui opère à travers un réseau de communication, en utilisant les outils des inégalités linéaires matricielles (LMIs) et l'approche H∞. Nous abordons dans un premier temps, les systèmes commandés en réseau (SCRs) non linéaires représentés par des modèles flous de type TS, puis nous étendons notre étude aux systèmes de grande dimension pour synthétiser des lois de commande décentralisées. Au final, présentons la validation en simulation sur un modèle du véhicule pour le contrôle global de châssis (CGC) garantissant la sécurité et l'agrément de conduite
This thesis studies the stability and stabilization problems of nonlinear systems described by Takagi Sugeno (TS) fuzzy models including the constraints related to the networked transmission, to the disturbance rejection, to the parametric variations and to the non fragility of controller.The challenge is to provide asymptotic stability sufficient conditions developed for the design of centralized and decentralized control laws, that operates through a communications network, using linear matrix inequalities (LMIs) and H∞ approach. We address initially, nonlinear networked controlled systems (NCSs) described by TS type fuzzy models, and we extend our study to large scale systems for the design of decentralized control laws. Finally, we present simulation validation on the vehicle model for the Global Chassis Control (GCC) ensuring the safety and driveability

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-04-27Bitstream added on 2014-06-13T18:49:27Z : No. of bitstreams: 1 santim_mpa_me_ilha.pdf: 717896 bytes, checksum: a230b88ccd1e9c8a423a3c063f05c183 (MD5)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Foi proposto nesta dissertação um novo método para o rastreamento de sinais constantes (regulação) em sistemas não lineares através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O método consiste em projetar um único controlador que torna assintoticamente estável um ponto de equilíbrio desejado, que pertence a um determinado intervalo ou região conhecida, sem a necessidade de refazer o projeto dos ganhos do controlador a cada novo ponto de operação escolhido. Neste trabalho também é proposta uma nova metodologia de controle com comutação para algumas classes de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno. Tal metodologia projeta os ganhos do controlador baseado na Compensação Distribuída Paralela, porém é utilizado um regulador com comutação que utiliza o ganho que retorna o menor valor da derivada da função de Lyapunov. Esse procedimento evita a necessidade da obtenção das funções de pertinência normalizadas, o que pode facilitar a implementação dos controladores, pois as funções de pertinência normalizadas são, em geral, funções não lineares. Os projetos são baseados em desigualdades matriciais lineares (em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs)) e tem a estabilidade assintótica garantida por funções de Lyapunov. Para verificar a validade dos métodos propostos são apresentados exemplos numéricos e simulações, abordando o sistema bola-viga e levitador magnético, usando o software MATLAB
This dissertation proposes a new method based on LMIs for tracking constant signals (regulation) considering nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. The method consists in designing a single controller that stabilizes the systemat an operation point belonging to a certain range or region, without the need of remaking the design of the controller gains at each new chosen operation point. This paper also proposes a new methodology to control switching for some classes of nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. This methodology projects the controller gains based on the Parallel Distributed Compensation, however is used a switching regulator that uses the gain that returns the minimum value of the derivative of the Lyapunov function. This procedure can be useful in the implementations of Takagi-Sugeno fuzzy controllers, because it does not use the normalized membership function, that usually are nonlinear functions. The designs are based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and asymptotic stability is ensured by Lyapunov functions. To verify the validity of the proposed methods are presented numeric examples and simulations, considering the ball-beam and magnetic levitator systems, using the software MATLAB

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira
Coorientador: Rodrigo Cardim
Banca: Edvaldo Assunção
Banca: Márcio Roberto Covacic
Resumo: Foi proposto nesta dissertação um novo método para o rastreamento de sinais constantes (regulação) em sistemas não lineares através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O método consiste em projetar um único controlador que torna assintoticamente estável um ponto de equilíbrio desejado, que pertence a um determinado intervalo ou região conhecida, sem a necessidade de refazer o projeto dos ganhos do controlador a cada novo ponto de operação escolhido. Neste trabalho também é proposta uma nova metodologia de controle com comutação para algumas classes de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno. Tal metodologia projeta os ganhos do controlador baseado na Compensação Distribuída Paralela, porém é utilizado um regulador com comutação que utiliza o ganho que retorna o menor valor da derivada da função de Lyapunov. Esse procedimento evita a necessidade da obtenção das funções de pertinência normalizadas, o que pode facilitar a implementação dos controladores, pois as funções de pertinência normalizadas são, em geral, funções não lineares. Os projetos são baseados em desigualdades matriciais lineares (em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs)) e tem a estabilidade assintótica garantida por funções de Lyapunov. Para verificar a validade dos métodos propostos são apresentados exemplos numéricos e simulações, abordando o sistema bola-viga e levitador magnético, usando o software MATLAB
Abstract: This dissertation proposes a new method based on LMIs for tracking constant signals (regulation) considering nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. The method consists in designing a single controller that stabilizes the systemat an operation point belonging to a certain range or region, without the need of remaking the design of the controller gains at each new chosen operation point. This paper also proposes a new methodology to control switching for some classes of nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. This methodology projects the controller gains based on the Parallel Distributed Compensation, however is used a switching regulator that uses the gain that returns the minimum value of the derivative of the Lyapunov function. This procedure can be useful in the implementations of Takagi-Sugeno fuzzy controllers, because it does not use the normalized membership function, that usually are nonlinear functions. The designs are based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and asymptotic stability is ensured by Lyapunov functions. To verify the validity of the proposed methods are presented numeric examples and simulations, considering the ball-beam and magnetic levitator systems, using the software MATLAB
Mestre

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho
Abstract: Electrical stimulation is a promising technique for motor rehabilitation in cases of spinal cord injury. Stimulator saturation is important in the control system designs applied to electrical stimulation. The negligence of the actuator saturation in the electrical stimulation can lead to unwanted control results, which evidences the muscular fatigue effects. For the first time a switched controller subject to actuator saturation for electrically stimulated lower limb is proposed. The dynamic limb extension model is nonlinear and uncertain. The uncertain nonlinear system described by Takagi-Sugeno fuzzy models operating within an operating region in the state space is considered in this study. In addition, fault in the actuator, muscle activation uncertainty, and muscular non-idealities, such as fatigue, spasms, and tremor were considered at three three severity levels. The switched controller is compared to parallel distributed compensation technique. Simulations denote better results of the switched controller by dealing with parametric uncertainties. On the other hand, a challenge for FES control systems is to monitor torque in muscle contractions. In isotonic contraction applications, measuring torque is difficult. The novelty in this study is the proposal of a new nonlinear model, whose state variables are angular position, angular velocity and angular acceleration. In this new model the torque variable is replaced by the angular acceleration. Experimental tests list the ... (Complete abstract click electronic access below)
Resumo: A estimulação elétrica é uma técnica promissora para reabilitação motora em casos de lesão medular. A saturação do estimulador também é um requisito importante no projeto de sistemas de controle aplicados à estimulação elétrica. A negligência da saturação do atuador pode conduzir a resultados de controle indesejados, que evidencia os efeitos de fadiga muscular. Pela primeira vez é proposto um controlador chaveado sujeito à saturação para membro inferior estimulado eletricamente. O modelo dinâmico de extensão do membro inferior é não linear e incerto. O sistema descrito por modelos fuzzy Takagi-Sugeno e operando dentro de uma região de operação no espaço de estados é considerado neste trabalho. Além disto, falha do atuador, incerteza de ativação muscular, e não idealidades musculares, tais como fadiga, espasmos e tremor foram considerados em três níveis de severidade. O controle chaveado é comparado com a compensação distribuída paralela. Simulações denotam melhores resultados do controlador chaveado lidando com incertezas paramétricas da planta. Por outro lado, um desafio dos sistemas de controle para estimulação elétrica funcional é monitorar a dinâmica do torque em contrações musculares. Em aplicações de contração isotônica, medir o torque é algo difícil. A novidade neste estudo é a proposta de um novo modelo não linear, cujas variáveis de estado são posição angular, velocidade angular e aceleração angular. Neste novo modelo a variável torque é substituída adequadamente pel... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Doutor

Submitted by UILIAM NELSON LENDZION TOMAZ ALVES null (uiliamlendzionalves@gmail.com) on 2018-01-10T10:33:36Z No. of bitstreams: 1 FINAL_tese_Uiliam_final_09_01_2018.pdf: 2789913 bytes, checksum: 5ec4b9950f95b6ed998d4af0a8f6d330 (MD5)
Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-10T10:44:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_unlt_dr_ilha.pdf: 2789913 bytes, checksum: 5ec4b9950f95b6ed998d4af0a8f6d330 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-01-10T10:44:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_unlt_dr_ilha.pdf: 2789913 bytes, checksum: 5ec4b9950f95b6ed998d4af0a8f6d330 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
O controle chaveado pode ser eficientemente utilizado no controle de sistemas fuzzy TakagiSugeno (T-S) incertos, que possuam funções de pertinência incertas e modelos locais conhecidos. Como estes sistemas fuzzy podem representar exatamente uma classe de sistemas não lineares incertos em uma região do espaço de estados, é interessante utilizá-los para descrever sistemas não lineares, usando no projeto do controlador o modelo fuzzy que descreve exatamente o sistema não linear. Porém, como a representação através de combinação convexa obtida é válida apenas em uma região do espaço de estados, garantias de que o estado do sistema permaneça nessa região devem ser obtidas. Neste trabalho são propostas condições que garantem a estabilização local, com a especificação da taxa decaimento, de uma classe de sistemas não lineares contínuos no tempo, incertos e com saturação no atuador, utilizando o controle chaveado. Os projetos dos controladores são realizados com base no modelo fuzzy T-S que representa exatamente o sistema não linear e os procedimentos de projeto fornecem uma região na qual as condições iniciais devam estar, tal que, o sistema não linear seja exatamente descrito pelo modelo fuzzy T-S incerto durante toda a trajetória de estado do sistema e ainda que esta trajetória permaneça dentro de uma região de operação previamente especificada. Em geral, o controle chaveado não possui restrição na frequência de chaveamento dos ganhos, o que pode levar ao chattering, que se manifesta pelo chaveamento em frequência infinitamente rápida dos ganhos de realimentação. Visando a eliminação do chattering no controle chaveado, propõe-se uma nova técnica de suavização do controle chaveado, o controle chaveado suave. Esta nova lei de controle pode ser utilizada nas mesmas condições do controle chaveado e é baseada no conceito do mínimo suave, definido neste trabalho. Além disso, são propostos procedimentos de projeto que consideram distúrbios para ambas as leis de controle chaveada e chaveada suave. Ademais, neste trabalho também se apresenta uma implementação da lei de controle chaveada em um sistema Ball Balancer fabricado pela Quanser.
The switched control can be efficiently used for controlling uncertain Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy systems, which have uncertain membership functions and known local models. Because these fuzzy systems can exactly represent a class of uncertain nonlinear systems in a given operation region in the state space, it is interesting to use them to describe nonlinear systems, performing the controller design based on a T-S fuzzy model that exactly describes the nonlinear system. However, the perfect representation of the uncertain nonlinear system by the T-S fuzzy model as a convex combination is only valid in the operation region. Therefore, it is necessary to assure conditions such that the state of the system remains in that region. This work proposes conditions to ensure the local stabilization, with decay rate, of a class of uncertain continuoustime nonlinear systems with saturation on the actuator, using a switched control. The designs of the controllers are performed based on the T-S fuzzy model which exactly describes the nonlinear system and the design procedures provide a region in which the initial conditions must be such that the nonlinear system is exactly described by the uncertain T-S fuzzy model along the whole state trajectory of the system and this trajectory remains in a specified operation region. Usually, the switched control has no bound on the frequency of the feedback gains switching, and this can lead to chattering, which is manifested by infinitely fast frequency of the feedback gains switching. In order to avoid the chattering in the switched control, this work proposes a new technique to smooth the switched control, the smooth switched control. This new control law can be used under the same conditions as the switched control and it is based on the concept of smooth minimum, which is defined in this work. In addition, design procedures considering disturbances for both switched and smooth switched control laws are proposed. Furthermore, in this work it is also presented an implementation of the proposed switched control law in a Ball Balancer system manufactured by Quanser.

Submitted by Adalberto Zanatta Neder Lazarini null (adalberto.lazarini@yahoo.com) on 2017-02-02T20:05:36Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Adalberto - Final.pdf: 1297717 bytes, checksum: 4cea64840d9e8f7f2841989ef7ea349a (MD5)
Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-06T17:12:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lazarini_azn_me_ilha.pdf: 1297717 bytes, checksum: 4cea64840d9e8f7f2841989ef7ea349a (MD5)
Made available in DSpace on 2017-02-06T17:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lazarini_azn_me_ilha.pdf: 1297717 bytes, checksum: 4cea64840d9e8f7f2841989ef7ea349a (MD5) Previous issue date: 2017-01-19
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Neste trabalho são feitas análises sobre quando as condições de existência dos teoremas apresentados por (GUEDES, 2015), que propõem condições necessárias e suficientes para a estabilidade de sistemas não lineares de tempo contínuo descritos através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS), que transformam sistemas não lineares em um conjunto convexo de sistemas lineares a partir de regras se-então, baseadas em Funções de Lyapunov Fuzzy (FLF), são satisfeitas. Primeiramente, são analisados os casos particulares de 3 e 4 modelos locais. Logo após, são tratados casos genéricos, com quantidades de regras tanto pares quanto ímpares, identificando quando as condições impostas pelos teoremas citados são satisfeitas. Para os casos nos quais as condições não são satisfeitas, é proposto também um algoritmo para obtenção do “pior caso” possível, varrendo todas as possibilidades que o sistema apresenta. Este algoritmo oferece condições necessárias e suficientes para o problema e também pode ser utilizado quando as condições exigidas pelos dois teoremas apresentados em (GUEDES, 2015) são satisfeitas. Por fim, são analisadas as contribuições do uso do algoritmo, onde são considerados parâmetros como número de LMIs, número de variáveis matriciais simétricas nxn simétricas utilizadas na resolução das LMIs e tempo computacionalmente necessário.
In this work,the required conditions for the theorems presented by(GUEDES,2015), which propose necessary and sufficient conditions for the stability of continuous-time nonlinear systems described by Takagi-Sugeno (TS) fuzzy models based on Lyapunov fuzzy functions (LFF), are analysed. First of all, the cases with 3 and 4 local models are considered. After that, generic cases are studied, with odd or even number os rules, identifying when the conditions imposed by these theorem shold. If the conditions are not satisfied, an algorithm is proposed as way of finding the “worst case scenario” for the system, considering all possible options. This algorithm offers necessary and sufficient conditions for solving this problem and also can be used when the conditions for the application of the theorems presented in(GUEDES,2015) hold. Finally,the algorithm’s contributions are analyzed, considering parameters such as number of LMIs,number of symmetric matricial variables used on solving the LMIs and computational time.

Orientador: Marcelo Minhoto Carvalho Teixeira
Resumo: Neste trabalho são feitas análises sobre quando as condições de existência dos teoremas apresentados por (GUEDES, 2015), que propõem condições necessárias e suficientes para a estabilidade de sistemas não lineares de tempo contínuo descritos através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS), que transformam sistemas não lineares em um conjunto convexo de sistemas lineares a partir de regras se-então, baseadas em Funções de Lyapunov Fuzzy (FLF), são satisfeitas. Primeiramente, são analisados os casos particulares de 3 e 4 modelos locais. Logo após, são tratados casos genéricos, com quantidades de regras tanto pares quanto ímpares, identificando quando as condições impostas pelos teoremas citados são satisfeitas. Para os casos nos quais as condições não são satisfeitas, é proposto também um algoritmo para obtenção do “pior caso” possível, varrendo todas as possibilidades que o sistema apresenta. Este algoritmo oferece condições necessárias e suficientes para o problema e também pode ser utilizado quando as condições exigidas pelos dois teoremas apresentados em (GUEDES, 2015) são satisfeitas. Por fim, são analisadas as contribuições do uso do algoritmo, onde são considerados parâmetros como número de LMIs, número de variáveis matriciais simétricas nxn simétricas utilizadas na resolução das LMIs e tempo computacionalmente necessário.
Mestre

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira
Resumo: Neste trabalho apresentam-se condições descritas por desigualdades matriciais lineares, LMIs (do inglês: Linear Matrix Inequalities), para o projeto de controladores robustos para sistemas dinâmicos de ordem α ∈ [0,1). Os controladores propostos utilizam a realimentação da derivada de ordem α ∈ [0,1) do vetor de estado, a chamada realimentação α-derivativa, e também a realimentação do vetor de estado. A literatura clássica apresenta resultados que utilizam o método direto de Lyapunov e a estabilização quadrática no projeto de controladores para sistemas de ordem inteira. Os teoremas propostos neste trabalho para sistemas fracionários são condições suficientes análogas a estes resultados. Esta analogia é possível através da extensão fracionária, recentemente disponível na literatura, do método direto de Lyapunov e de um limitante superior para a derivada de ordem α ∈ [0,1) da função de Lyapunov do tipo quadrática, Dα V(x(t)). Nesse sentido, as LMIs propostas para estabilização quadrática são análogas aos casos clássicos, pois não dependem da ordem α ∈ [0,1) do sistema. Em particular, o foco deste trabalho recai no controle do tipo chaveado, que trata da minimização do limitante superior de Dα V(x(t)). O controle chaveado dispensa o conhecimento das funções de pertinência quando da utilização de modelos fuzzy Takagi-Sugeno, permitindo trabalhar com plantas lineares e não lineares, ambas incluindo parâmetros incertos. Dessa forma, a estabilização quadrática possibilitou a obtenç... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: This work proposes linear matrix inequalities (LMIs) conditions for the design of robust controllers for dynamic systems of order α ∈ [0,1). The proposed controllers use the feedback of the state vector derivative of of order α ∈ [0,1), the so-called α -derivative feedback, and also the feedback of the state vector. The classical literature presents results that use the Lyapunov direct method and the quadratic stabilization in the design of the controllers for integer order systems. The theorems proposed in this work for fractional systems are sufficient conditions analogous to these results. This analogy is possible through the fractional extension, recently available in the literature, of the direct Lyapunov method and an upper bound for the a α ∈ [0,1) order derivative of the quadratic Lyapunov function, Dα V(x(t)). In this sense, the proposed LMIs for quadratic stabilization are analogous to the classical ones, since they do not depend on the order α ∈ [0,1) of the system. In particular, the focus of this work lies in the switched control, which deals with the minimization of the upper bound of Dα V(x(t)). The switched control dispenses the knowledge of the membership functions when using the Takagi-Sugeno fuzzy models, allowing to work with linear and nonlinear plants, both of them with uncertain parameters. Therefore, the quadratic stabilization allowed to obtain new results for the robust control problem of α ∈ [0,1) order systems, considering the main analogous resu... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-09-12Bitstream added on 2014-06-13T20:00:53Z : No. of bitstreams: 1 cadim_r_dr_ilha.pdf: 1217588 bytes, checksum: e5c74b6a258852f996ebb5ae3e66b97a (MD5)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Neste trabalho são apresentados estudos teóricos, projetos de controladores e simulações numéricas de alguns sistemas de controle automáticos, que no decorrer das pesquisas geraram novas contribuições. Primeiramente foi feito um breve estudo sobre os sistemas fuzzy Takagi- Sugeno (TS) e realizadas algumas simulações envolvendo exemplos acadêmicos como o sistema bola-viga e o levitador magnético. Em decorrência desses estudos foi proposto um novo método para o controle de sistemas mecânicos não-lineares, descritos através de modelos fuzzy TS, considerando o acesso somente às derivadas das variáveis de estado da planta, com projeto baseado em desigualdades matriciais lineares, em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs) e estabilidade assegurada através de funções de Lyapunov. Adicionalmente, foram feitos estudos sobre realimentação derivativa, e proposto um novo método para projetar a matriz de realimentação discreta no tempo da derivada do vetor de estado, tal que o sinal de controle obtido seja equivalente a uma dada lei de controle contínua no tempo com realimentação do vetor de estado. O controlador discreto é obtido com base no controlador contínuo, utilizando um método de aproximação, baseado em LMIs. É suposto que a planta é controlável, linear e invariante no tempo, com uma (SI) ou múltiplas (MI) entradas. Este procedimento permite o uso de métodos de projeto bem conhecidos de realimentação das variáveis de estado em sistemas contínuos no tempo, para calcular diretamente os ganhos de realimentação da derivada das variáveis de estado em sistemas discretos no tempo. Os projetos com realimentação derivativa podem ser úteis no controle de sistemas mecânicos, utilizando-se acelerômetros como sensores. Finalizando, um outro assunto abordado neste trabalho e que também trouxe contribuições relevantes...
In this work, theoretical studies, controller designs and numeric simulations of several automatic control systems that generated new contributions are presented. Firstly, a study on Takagi-Sugeno fuzzy systems modeling, control designs and simulations with practical examples, such as a ball-beam system and a nonlinear magnetic suspension system, are described. With these studies a simple method, based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and Lyapunov functions, for designing a control system using the Takagi-Sugeno fuzzy models in mechanical systems, where the available signals for the control are state-derivative, is proposed. Additionally, new results about state-derivative feedback including a simple method for designing a digital state-derivative feedback gain such that the control law is equivalent to a known and adequate continuous-time state feedback control law with a guaranteed stability are proposed. The digital controller is obtained by the continuous controller, using an approach method, based on LMIs. It is assumed that the plant is a linear controllable, time-invariant, Single-Input (SI) or Multiple-Input (MI) system. This procedure allows the use of well-known continuous-time state feedback design methods to directly design discrete-time state-derivative feedback control systems. The state-derivative feedback can be useful in the vibration control of mechanical systems, where the main sensors are accelerometers. Finally, we have the study with the design of state-feedback Variable Structure Controllers (VSC) for a class of continuous-time switched plants where is assume that the state vector is available for feedback. The design is based on Lyapunov-Metzler (LM) inequalities and also on Strictly Positive Real (SPR) systems stability results. The recent definition of Lyapunov-Metzler-SPR (LMSPR) systems is presented and a new direct application... (Complete abstract click electronic access below)

Orientadores: Wagner Caradori do Amaral, Ricardo Jose Gabrielli Barreto Campello
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-06T08:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medeiros_AndersonViniciusde_M.pdf: 896535 bytes, checksum: 48d0d75d38fcbbd0f47f7c49823806f1 (MD5) Previous issue date: 2006
Resumo: Esta dissertação apresenta uma metodologia para a geração e otimização de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS) com Funções de Base Ortonormal (FBO) para sistemas dinâmicos não lineares utilizando um algoritmo genético. Funções de base ortonormal têm sido utilizadas por proporcionarem aos modelos propriedades como ausência de recursão da saída e possibilidade de se alcançar uma razoável capacidade de representação com poucos parâmetros. Modelos fuzzy TS agregam a essas propriedades as características de interpretabilidade e facilidade de representação do conhecimento. Enfim, os algoritmos genéticos se apresentam como um método bem estabelecido na literatura na tarefa de sintonia de parâmetros de modelos fuzzy TS. Diante disso, desenvolveu-se um algoritmo genético para a otimização de duas arquiteturas, o modelo fuzzy TS FBO e sua extensão, o modelo fuzzy TS FBO Generalizado. Foram analisados modelos locais lineares e não lineares nos conseqüentes das regras fuzzy, assim como a diferença entre a estimação local e a global (utilizando o estimador de mínimos quadrados) dos parâmetros desses modelos locais. No algoritmo genético, cada arquitetura contou com uma representação cromossômica específica. Elaborou-se para ambas uma função de fitness baseada no critério de Akaike. Em relação aos operadores de reprodução, no operador de crossover aritmético foi introduzida uma alteração para a manutenção da diversidade da população e no operador de mutação gaussiana adotou-se uma distribuição variável ao longo das gerações e diferenciada para cada gene. Introduziu-se ainda um método de simplificação de soluções através de medidas de similaridade para a primeira arquitetura citada. A metodologia foi avaliada na tarefa de modelagem de dois sistemas dinâmicos não lineares: um processo de polimerização e um levitador magnético
Abstract: This work introduces a methodology for the generation and optimization of Takagi-Sugeno (TS) fuzzy models with Orthonormal Basis Functions (OBF) for nonlinear dynamic systems based on a genetic algorithm. Orthonormal basis functions have been used because they provide models with properties like absence of output feedback and the possibility to reach a reasonable approximation capability with just a few parameters. TS fuzzy models aggregate to these properties the characteristics of interpretability and easiness to knowledge representation in a linguistic manner. Genetic algorithms appear as a well-established method for tuning parameters of TS fuzzy models. In this context, it was developed a genetic algorithm for the optimization of two architectures, the OBF TS fuzzy model and its extension, the Generalized OBF TS fuzzy model. Local linear and nonlinear models in the consequent of the fuzzy rules were analyzed, as well as the difference between local and global estimation (using least squares estimation) of the parameters of these local models. Each architecture had a specific chromosome representation in the genetic algorithm. It was developed a fitness function based on the Akaike information criterion. With respect to the genetic operators, the arithmetic crossover was modified in order to maintain the population diversity and the Gaussian mutation had its distribution varied along the generations and differentiated for each gene. Besides, it was used, in the first architecture presented, a method for simplifying the solutions by using similarity measures. The whole methodology was evaluated in modeling two nonlinear dynamic systems, a polymerization process and a magnetic levitator
Mestrado
Automação
Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira
Resumo: Nesta tese, utiliza-se um otimizador analógico não derivativo proposto por Teixeira & Żak em 1999 como principal ferramenta para os sistemas de controle dos projetos desenvolvidos. Tal otimizador é composto por blocos não lineares e pode ser classificado como um sistema neural artificial. Sistemas chaveados têm grande aplicação prática na otimização de sistemas e são caracterizados por possuírem subsistemas e uma lei de chaveamento que seleciona cada subsistema a cada momento. Deve-se definir condições para que seja possível projetar uma lei de chaveamento que atenda requisitos de projeto. O estudo de técnicas de controle extremal na solução de problemas de busca pelo rastreamento do máximo ponto de potência (do inglês: Maximum Power Point Tracking - MPPT), vem apresentando resultados interessantes na literatura e um tipo de sistema à qual essa técnica pode ser aplicada, é na geração fotovoltaica. Aplica-se o otimizador analógico citado na busca do MPPT de uma célula fotovoltaica, com o objetivo de observar o controle extremal atuando em um processo de otimização, estendendo o controle para quando existem variações de irradiação solar (cenário de uma possível passagem de nuvens). Também observa-se o comportamento do sistema quanto a manter seu correto funcionamento e estabilidade ultimate bounded. A contribuição principal desta tese foi uma nova proposta de utilização conjunta do otimizador de Teixeira & Żak no projeto de controladores ˙ chaveados baseados na minimização da d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: On this thesis, a non-derivative analog optimizer, proposed by Teixeira & Żak in 1999, was used as the main tool for the proposed control system. Such optimizer is structured by nonlinear blocks and can be classified as an artificial neural system. Switched systems have great theoretical and practical application in systems optimization and are characterized by having subsystems, and a switching law that selects each subsystem at each moment. It is necessary to define conditions so that it is possible to design a switching law for the desired performance of the controlled system. The study of Extremum Seeking Control techniques in the solution of problems of Maximum Power Point Tracking has presented interesting results, and one type of system which this technique can be applied is in the photovoltaic generation. The analog optimizer is applied in the Maximum Power Point Tracking of a photovoltaic cell, with the objective of observing the actuation of the extremal seeking control in an optimization process, extending the control when there are solar irradiation variations (a possible clouds passage scenario). And also observe the behavior of the system and how to maintain its correct functioning and ultimate bounded stability. The main contribution of this thesis was a new procedure for using the mentioned analog optimizer in the design of switched controllers based on the minimization of the derivative of a Lyapunov function. This method allows the relaxed design of controll... (Complete abstract click electronic access below)
Doutor

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira
Banca: Edvaldo Assunção
Banca: José Paulo Fernandes Garcia
Banca: Aldayr Dantas de Araujo
Banca: Ramon Romankevicius Costa
Resumo: Neste trabalho são apresentados estudos teóricos, projetos de controladores e simulações numéricas de alguns sistemas de controle automáticos, que no decorrer das pesquisas geraram novas contribuições. Primeiramente foi feito um breve estudo sobre os sistemas fuzzy Takagi- Sugeno (TS) e realizadas algumas simulações envolvendo exemplos acadêmicos como o sistema bola-viga e o levitador magnético. Em decorrência desses estudos foi proposto um novo método para o controle de sistemas mecânicos não-lineares, descritos através de modelos fuzzy TS, considerando o acesso somente às derivadas das variáveis de estado da planta, com projeto baseado em desigualdades matriciais lineares, em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs) e estabilidade assegurada através de funções de Lyapunov. Adicionalmente, foram feitos estudos sobre realimentação derivativa, e proposto um novo método para projetar a matriz de realimentação discreta no tempo da derivada do vetor de estado, tal que o sinal de controle obtido seja equivalente a uma dada lei de controle contínua no tempo com realimentação do vetor de estado. O controlador discreto é obtido com base no controlador contínuo, utilizando um método de aproximação, baseado em LMIs. É suposto que a planta é controlável, linear e invariante no tempo, com uma (SI) ou múltiplas (MI) entradas. Este procedimento permite o uso de métodos de projeto bem conhecidos de realimentação das variáveis de estado em sistemas contínuos no tempo, para calcular diretamente os ganhos de realimentação da derivada das variáveis de estado em sistemas discretos no tempo. Os projetos com realimentação derivativa podem ser úteis no controle de sistemas mecânicos, utilizando-se acelerômetros como sensores. Finalizando, um outro assunto abordado neste trabalho e que também trouxe contribuições relevantes... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: In this work, theoretical studies, controller designs and numeric simulations of several automatic control systems that generated new contributions are presented. Firstly, a study on Takagi-Sugeno fuzzy systems modeling, control designs and simulations with practical examples, such as a ball-beam system and a nonlinear magnetic suspension system, are described. With these studies a simple method, based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and Lyapunov functions, for designing a control system using the Takagi-Sugeno fuzzy models in mechanical systems, where the available signals for the control are state-derivative, is proposed. Additionally, new results about state-derivative feedback including a simple method for designing a digital state-derivative feedback gain such that the control law is equivalent to a known and adequate continuous-time state feedback control law with a guaranteed stability are proposed. The digital controller is obtained by the continuous controller, using an approach method, based on LMIs. It is assumed that the plant is a linear controllable, time-invariant, Single-Input (SI) or Multiple-Input (MI) system. This procedure allows the use of well-known continuous-time state feedback design methods to directly design discrete-time state-derivative feedback control systems. The state-derivative feedback can be useful in the vibration control of mechanical systems, where the main sensors are accelerometers. Finally, we have the study with the design of state-feedback Variable Structure Controllers (VSC) for a class of continuous-time switched plants where is assume that the state vector is available for feedback. The design is based on Lyapunov-Metzler (LM) inequalities and also on Strictly Positive Real (SPR) systems stability results. The recent definition of Lyapunov-Metzler-SPR (LMSPR) systems is presented and a new direct application... (Complete abstract click electronic access below)
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