Técnicas de cálculos de derivadas para identificação de sistemas aplicados em estabilidade de aeronaves

dc.creatorChristian Prado dos Santos Machado
dc.date.accessioned2023-03-30T15:56:18Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:57:07Z
dc.date.available2023-03-30T15:56:18Z
dc.date.issued2022-12-20
dc.description.abstractThe process of building a mathematical model from available data of a dynamic system and being able to infer about the real system is known within the control area as Systems Identification. Systems identification techniques are used extensively to obtain aircraft models from flight tests for the development of simulators and control systems. These same techniques can be applied in other areas, too, such as curve fitting, machine learning, statistics, economics, data mining, and neural networks. Several identification techniques are based on the iterative minimization of cost functions and, for that, use information from derivatives. The calculation of derivatives for models with a large number of parameters, states, and measurements, using a large amount of data, is a challenge that hinders the application of these techniques in problems at the frontier of knowledge. The present work aims to survey the main derivative calculation techniques for system identification, show their application in the cost functions used, and study their consequences in challenging problems. Numerical methods of finite differences by step forward, central and complex are discussed, as well as algorithmic differentiation techniques in direct mode, reverse mode and symbolic differentiation. These techniques are applied in the output error method for identifying longitudinal and lateral-directional models of aircraft, whose mathematical representations will also be described. As expected, derivative methods have a strong influence on execution time, especially when the number of parameters is large.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/51374
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia mecânica
dc.subjectAeronaves
dc.subjectEstabilidade
dc.subjectIdentificação de sistemas
dc.subject.otherIdentificação de sistemas
dc.subject.otherOtimização
dc.subject.otherDiferenciação
dc.subject.otherEnsaio em voo
dc.titleTécnicas de cálculos de derivadas para identificação de sistemas aplicados em estabilidade de aeronaves
dc.title.alternativeDerivative calculation techniques for identifying systems applied in aircraft stability
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Dimas Abreu Archanjo Dutra
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3393490557029735
local.contributor.referee1Ricardo Poley Marns Ferreira
local.contributor.referee1Eduardo Jose Lima II
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9844028797663115
local.description.resumoO processo de construir um modelo matemático a partir de dados disponíveis de um sistema dinâmico e poder inferir sobre o sistema real é conhecido dentro da área de controle como Identificação de Sistemas. Técnicas de identificação de sistemas são utilizada extensivamente para obtenção de modelos de aeronaves a partir de ensaios em voo para desenvolvimento de simuladores e sistemas de controle. Essas mesmas técnicas podem ser aplicadas em outras áreas, também, como por exemplo ajuste de curva, aprendizado de máquina, estatística, economia, mineração de dados, e redes neurais. Diversas técnicas de identificação são baseadas na minimização iterativa de funções de custo e, para tal, utilizam informação de derivadas. O cálculo de derivadas para modelos com um grande número de parâmetros, estados, e medições, utilizando uma grande quantidade de dados, é um desafio que dificulta a aplicação dessas técnicas em problemas na fronteira do conhecimento. O presente trabalho visa fazer um levantamento das principais técnicas de cálculo de derivadas para identificação de sistemas, mostrar sua aplicação nas principais funções de custo utilizadas, e estudar sua consequência em problemas desafiadores. São abordados os métodos numéricos de diferenças finitas por passo a frente, central e complexo, além de técnicas de diferenciação algorítmica de modo direto, modo reverso, e diferenciação simbólica. Essas técnicas são aplicadas no método de erro de saída para identificação de modelos longitudinais e látero-direcionais de aeronaves, cujas representações matemáticas também serão descritas. Conforme esperado, os métodos derivativos apresentam forte influência sobre o tempo de execução, principalmente quando a quantidade de parâmetros é extensa.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica

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