Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A7UKGQ
Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Identificação de sistemas utilizando métodos de subespaços
Autor(es): Rodrigo Augusto Ricco
Primeiro Orientador: Luis Antonio Aguirre
Primeiro Coorientador: Bruno Otávio Soares Teixeira
Primeiro membro da banca : Eduardo Mazoni Andrade Marcal Mendes
Segundo membro da banca: Gleison Fransoares Vasconcelos Amaral
Terceiro membro da banca: Giovani Guimarães Rodrigues
Resumo: Nas duas últimas décadas, os métodos de identificação por subespaços vêm ganhando um papel relevante no cenário internacional, tendo em vista o potencial de sua aplicação no meio industrial, especificamente em plantas multivariáveis. Os algoritmos de identificação por subespaços são simples de implementar tanto quanto o algoritmo de mínimos quadrados. Entretanto, a teoria por trás desses métodos necessita de conceitos da teoria de sistemas lineares, processos estocásticos, identificação de sistemas, álgebra linear, entre outros, o que dificulta sua compreensão e difusão. Este trabalho investiga o uso de técnicas de identificação por subespaços aplicadas asistemas a tempo discreto, lineares, invariantes no tempo e multivariáveis. Os esforços foram direcionados aos seguintes objetivos: (I) interpretar geometricamente a metodologia, (II) levantar, por meio de simulações, situações nas quais os algoritmos são indicados ou não, (III) comparar com outras metodologias clássicas e (IV) aplicá-los asistemas simulados e experimentais. Inicialmente, apresentam-se conceitos relativos à modelagem em espaço de estados, matrizes e vetores em blocos, ferramentas geométricas e estatísticas. Esses conceitos são essenciais para compreensão da teoria de identificação por subespaços. Posteriormente, no caso determinístico de identificação por subespaços, faz-se um estudo completo de como as matrizes de estados podem ser extraídas por meio dos dados de entrada e saída de um sistema multivariável. Neste contexto, são estudados os algoritmos N4SID e MOESP. Logo após, o caso estocástico é tratado de forma semelhante ao caso determinístico. Mostra-se que os métodos N4SID e MOESP são robustos a ruído de medição branco. Contudo, quando sujeitos a ruído de medição e/ou de processo colorido, esses estimadores são polarizados. Uma alternativanão polarizada é o método de variáveis instrumentais. Sendo assim, são apresentados os estimadores MOESP-PI e MOESP-PO. A fim de facilitar a compreensão das diferentes características dos métodos de subespaços, demonstrações e exemplos simulados são apresentados. Por fim, os métodos N4SID, MOESP, MOESP-PI e MOESP-PO sãoaplicados a três sistemas multivariáveis: um modelo simulado de um motor CC, uma planta de bombeamento de água e uma planta de flotação em coluna. Os resultados apresentados sugerem que os métodos de subespaços são uma alternativa viável para sistemas lineares de múltiplas entradas e múltiplas saídas
Abstract: Over the last two decades, subspace identification methods have attracted great attention due their potential for application in industry, especially for multivariable systems. The algorithms of subspace identification are as easy to implement as wellknown algorithms such as least squares. However, the theory behind these methods requires concepts fromlinear systems, stochastic processes, system identification, linear algebra, and others, making their understanding more difficult. As a consequence such methods are less well-known than others. This work investigates the use of subspace identification techniques applied to discrete-time, linear, time-invariant and multivariable systems. Our eorts have focused on the following objectives: (I) to geometrically interpret the methods, (II) to investigate, by means of simulations, situations in which the algorithms are best indicated, (III) to compare with other classical methods and (IV) to apply them to simulated and experimental systems. At first, basic conceptsare reviewed: data modeling in state space, block matrices and vectors, geometric and statistical tools. These concepts are critical to understanding the theory behind subspace identification. Later, in the case of deterministic subspace identification, a comprehensive study about how state matrices can be obtained from input-output datais provided. In this study, the algorithms N4SID and MOESP are presented. Subsequently, the stochastic case is treated similarly to the deterministic one. It is shown that the methods N4SID and MOESP are robust to white measurement noise. However, when the methods are exposed to colored noise, either measurement or process, these estimators are biased. One alternative is to use instrumental variable methods. Two such algorithms are presented: MOESP-PI and MOESP-PO. Demonstrations and simulated examples are presented, in order to facilitate the understanding of the characteristics of subspaces methods. Finally, the methods N4SID, MOESP, MOESP-PO, MOESP-PI are applied to three multivariable systems. The first system is a simulated model of a DC motor. The other two are experimental systems, namely water pumping system and a column flotation system. The results suggest that the subspace methods are a feasible alternative for linear systems of multiple inputs and multiple outputs.
Assunto: Engenharia elétrica
Identificação de sistemas
Sistemas lineares
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A7UKGQ
Data do documento: 29-Fev-2012
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