https://hdl.handle.net/ripcmb/30125 2026-03-31T17:37:59Z 2026-03-31T17:37:59Z Azevedo Jr., David de Oliveira https://hdl.handle.net/20.500.14867/848280 2026-03-20T16:27:14Z 2026-01-01T00:00:00Z

Título: Análise e implementação de estratégias de controle para mancais magnéticos em sistemas rotativo Autor(es): Azevedo Jr., David de Oliveira Abstract: In this work, the mathematical modeling of a rotor–bearing system and the implementation of three advanced control strategies for the dynamic positioning of the rotating shaft are presented. The system is composed of two active magnetic bearings and a rigid rotor positioned horizontally. The bearing dynamics are described based on Maxwell’s equations, while the rotor is represented by the Newton–Euler equations of motion. From the developed formulation, a nonlinear model of the assembly is obtained, as well as a linearized representation expressed in state-space form, which is used for controller design. The adopted strategies are LQG (Linear Quadratic Gaussian) optimal control, 𝐻∞ control, and MPC (Model Predictive Control). The development is carried out using the Matlab/Simulink® software, within which the tests and validation of the controllers are performed through their application to the nonlinear model of the system. The performance of each controller is analyzed based on quantitative criteria related to transient response and steady-state behavior. The results obtained under different simulation scenarios demonstrated the superiority of the MPC in reference-tracking tests, where it achieved the best response times and the lowest integral performance indices based on the squared error. In contrast, the LQG and 𝐻∞ controllers showed superior performance in disturbance rejection tests, with the 𝐻∞ controller outperforming the other strategies on average across nearly all evaluated criteria. Descrição: Neste trabalho é apresentada a modelagem matemática de um sistema mancal-rotor e a implementação de três estratégias de controle avançado para o posicionamento dinâmico do eixo girante. O sistema é composto por dois mancais magnéticos ativos e um rotor rígido posicionado horizontalmente. A dinâmica dos mancais é descrita a partir das equações de Maxwell, enquanto o rotor é representado pelas equações de movimento de Newton-Euler. A partir da formulação desenvolvida, obtém-se o modelo não linear do conjunto e a representação linearizada expressa na forma de espaço de estados, a qual é utilizada para o projeto dos controladores. As estratégias adotadas são o controle ótimo LQG (Linear Quadratic Gaussian), o controle 𝐻∞ e o controle preditivo baseado em modelo MPC (Model Predictive Control). O desenvolvimento é realizado utilizando o software Matlab/Simulink®, ambiente em que são conduzidos os testes e a validação dos controladores através da aplicação ao modelo não linear do sistema. O desempenho de cada controlador é analisado com base em critérios quantitativos relacionados à resposta transitória e ao regime estacionário. Os resultados obtidos em diferentes cenários de simulação demonstraram a superioridade do MPC em testes de rastreamento de referência, nos quais apresentou os melhores tempos de resposta e índices integrais baseados no erro quadrático. Em contrapartida, os controles LQG e 𝐻∞ se destacaram nos testes de rejeição a perturbações, com o 𝐻∞ superando na média as outras estratégias em praticamente todos os critérios avaliados. Tipo: masterThesis

2026-01-01T00:00:00Z Granato, Marco Aurélio https://hdl.handle.net/20.500.14867/848112 2026-02-19T13:13:00Z 2025-01-01T00:00:00Z

Título: Controle de sistemas lineares com saltos Markovianos e cadeia oculta usando desigualdades matriciais lineares Autor(es): Granato, Marco Aurélio Abstract: This dissertation addresses the problem of designing controllers for discrete-time Markov jump linear systems, in a scenario of partial information of the Markov chain. We consider a hidden Markov model, for which we assume that the mode of operation of the system is not available to the controller, but only an estimate provided by a detector. In this context, we initially investigate the state-feedback control problem and propose sufficient conditions for the synthesis of controllers that ensure upper bounds for the performance indices H2, H∞, and ℓ2−ℓ∞. In a second moment, we address the problem of designing static output feedback controllers, and propose sufficient conditions in the context of H2, H∞ and mixed H2/H∞ control. Considering that the synthesis conditions are proposed in terms of bilinear matrix inequalities, we present an iterative approach based on a coordinated descent algorithm to obtain suboptimal solutions. The steps of the algorithm are characterized by the solution of linear matrix inequalities that guarantee a non-increasing sequence for the upper bounds of the performance indices addressed. Numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of the results obtained, comparing them with existing methods in the literature. Descrição: Esta dissertação aborda o problema de projeto de controladores para sistemas lineares com saltos Markovianos a tempo discreto, em um cenário de informação parcial da cadeia de Markov. Consideramos um modelo oculto de Markov, para o qual assumimos que o modo de operação do sistema não está disponível para o controlador, mas somente uma estimação fornecida por um detector. Neste contexto, investigamos inicialmente o problema de controle por realimentação de estados, e propomos condições suficientes para a síntese de controladores que asseguram limitantes para os índices de desempenho H2, H∞ e ℓ2−ℓ∞. Num segundo momento, tratamos do problema de projeto de controladores por realimentação estática de saída, e propomos condições suficientes no contexto de controle H2, H∞ e misto H2/H∞. Considerando que as condições de síntese são propostas em termos de desigualdades matriciais bilineares, apresentamos uma abordagem iterativa baseada em um algoritmo de descida coordenada para a obtenção de soluções subótimas. As etapas do algoritmo são caracterizadas pela solução de desigualdades matriciais lineares que garantem uma sequência não-crescente para os limitantes superiores dos índices de desempenho tratados. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar a eficácia dos resultados obtidos, comparando-os com métodos existentes na literatura. Tipo: masterThesis

2025-01-01T00:00:00Z Borges, Juliano de Santana https://hdl.handle.net/20.500.14867/848047 2026-01-28T17:34:37Z 2025-01-01T00:00:00Z

Título: Correção de Variações Momentâneas de Tensão em Microrredes de Corrente Contı́nua em Navios Militares Contendo Cargas Pulsadas Autor(es): Borges, Juliano de Santana Abstract: Shipboard Direct Current Microgrids (dc-SMGs) offer advantages in efficiency, weight, and load integration. However, high-power pulsed loads, such as directed-energy weapons, cause voltage sags on the DC bus, compromising power quality. This disser- tation investigates two decentralized control strategies to mitigate these variations: the conventional droop method and the Virtual DC Machine (VDCM) technique. A complete dc-SMG model was developed, including a gas turbine generator (Rowen model), rectifier with LC filter, conventional loads, a pulsed load, and a supercapacitor-based Energy Sto- rage System (ESS), connected via a double interleaved boost converter. The droop and VDCM techniques were implemented and compared, both complemented by feedforward control and a hysteresis-based management algorithm. The results showed that both te- chniques performed equivalently, maintaining the bus voltage within the normative limit. Although VDCM offers greater flexibility and inertia emulation, it did not demonstrate practical superiority over droop in the studied scenario. It is concluded that the simpli- city and robustness of droop, when integrated with dynamic compensation mechanisms, constitutes a suitable solution for naval dc-SMGs with pulsed loads. The main contribu- tion of this work lies in the comparative and contextualized validation of these strategies, providing technical support for the selection of control architectures where reliability and simplicity are critical. Descrição: Microrredes de Corrente Contínua para navios (dc-SMGs) oferecem vantagens em eficiência, peso e integração de cargas. Contudo, cargas pulsadas de alta potência, como armas de energia direta, causam afundamentos de tensão no barramento CC, comprometendo a qualidade da energia. Esta dissertação investiga duas estratégias de controle descentralizado para mitigar essas variações: o método droop convencional e a técnica da Máquina CC Virtual (VDCM). Foi desenvolvido um modelo completo de uma dc-SMG, incluindo gerador a gás (modelo Rowen), retificador com filtro LC, cargas convencionais, uma carga pulsada e um Sistema de Armazenamento de Energia (ESS) com supercapacitores, conectado por um conversor boost duplo entrelaçado. As técnicas droop e VDCM foram implementadas e comparadas, ambas complementadas por controle feedforward e um algoritmo de gestão com histerese. Os resultados demonstraram que ambas as técnicas apresentaram desempenho equivalente, mantendo a tensão do barramento dentro do limite normativo. A VDCM, embora ofereça maior flexibilidade e emulação de inércia, n˜ao mostrou superioridade prática sobre o droop no cenário estudado. Conclui-se que a simplicidade e robustez do droop, integrado a mecanismos de compensação dinâmica, constitui uma solução adequada para dc-SMGs navais com cargas pulsadas. A principal contribuição deste trabalho reside na validação comparativa e contextualizada dessas estratégias, fornecendo subsídios técnicos para a escolha de arquiteturas de controle onde confiabilidade e simplicidade são críticas. Tipo: masterThesis

2025-01-01T00:00:00Z Martins, Daniel Villalva https://hdl.handle.net/20.500.14867/848046 2026-01-28T17:12:22Z 2025-01-01T00:00:00Z

Título: Gestão de pessoas em navios da esquadra: uma proposta de métodos quantitativos para a distribuição de vagas em cursos para os militares que servem embarcados, utilizando programação linear inteira, opinião de especialista, simulações estocásticas e medidas de risco Autor(es): Martins, Daniel Villalva Abstract: For a Navy to be ready, it is necessary not only to have technologically advanced assets, but also qualified personnel to operate them. It has been observed that the allocation of vacancies in operational courses common to ship crews is not supported by quantitative methods. This work proposes methods to support this annual allocation for service members embarked on Fleet ships. Monthly series from 2020–2023 are used for a sample of 18 courses common to three ships from the same Squadron, integrating forecasting of count time series with risk-oriented stochastic optimization and expert opinion. The series are modeled as count processes of the random-walk type with Bernoulli–Poisson terms, generating 12-month scenarios validated by fan charts and expert judgment. Five integer linear programming models are formulated: a deterministic model; a model with a buffer defined by an expert; and three stochastic models based on simulations and on Value at Risk (VaR) and Conditional Value at Risk (CVaR). All of them yielded a global cost lower than that of the actual allocation. The deterministic model achieved the best trade-off between cost and coverage; the buffered model increased the cost but added robustness; the VaR- and CVaR-based models were more cost-efficient, but with lower initial coverage. No course fell below the minimum index in any of the suggested allocations. It is concluded that the methods are operationalizable and reproducible, allowing the calibration of risk and buffer to better meet on-board training needs and contribute to the readiness of the ships. Descrição: Para que uma Marinha esteja pronta, é necessário não apenas dispor de meios tecnologicamente desenvolvidos, mas também de pessoas capacitadas para operá-los. Foi observado que a distribuição de vagas em cursos operativos comuns à tripulação dos navios não é apoiada em métodos quantitativos. Este trabalho propõe métodos para apoiar essa distribuição anual, para os militares embarcados em navios da Esquadra. Utiliza-se de séries mensais de 2020–2023 de uma amostra de 18 cursos comuns a três navios de um mesmo Esquadrão, integrando previsão de séries temporais de contagem com otimização estocástica orientada a risco e opinião de especialista. As séries são modeladas como processos de contagem do tipo random walk com termos Bernoulli–Poisson, gerando cenários de 12 meses validados por fan charts e julgamento de especialista. São formulados cinco modelos de programação linear inteira: determinístico; com buffer definido por especialista; e três estocásticos baseados em simulações e em Value at Risk (VaR) e Conditional Value at Risk (CVaR). Todos apresentaram custo global inferior à distribuição real. O modelo determinístico teve o melhor compromisso entre custo e cobertura; o modelo com buffer elevou o custo, mas acrescentou robustez; os modelos com VaR e CVaR foram mais eficientes em custo, porém com menor cobertura inicial. Nenhum curso ficou abaixo do índice mínimo nas distribuições sugeridas. Conclui-se que v os métodos são operacionalizáveis e reproduzíveis, permitindo calibrar risco e buffer para melhor atender às necessidades de capacitação a bordo e contribuir para a prontidão dos navios. Tipo: masterThesis

2025-01-01T00:00:00Z