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Tipo do documento: Tese
Título: Controladores fracionários sintonizados por metaheurísticas em dinâmica não linear
Título(s) alternativo(s): Fractional controllers tuned by metaheuristics in nonlinear dynamics
Autor: Basilio, Julio Cesar de Castro 
Primeiro orientador: Cunha Junior, Americo Barbosa da
Primeiro coorientador: Ribeiro, José Geraldo Telles
Primeiro membro da banca: Oliveira, Tiago Roux de
Segundo membro da banca: Santos, Davi Antônio dos
Terceiro membro da banca: Balthazar, José Manoel
Quarto membro da banca: Gruzman, Maurício
Resumo: O cálculo fracionário é um ramo da matemática que estuda o uso dos operadores fracionários. A evolução da computação permitiu sua aplicação em muitas áreas, incluindo a teoria de controle. Operadores fracionários são conhecidos por descrever bem os fenômenos de memória, uma característica favorável ao controle. Outro benefício é que a ordem fracionária desses operadores adiciona mais parâmetros ajustáveis ao controlador, permitindo maior flexibilidade e a possibilidade de melhorar seu desempenho, principalmente em problemas complexos e não lineares. Entretanto, os métodos de ajuste de um controlador clássico, como a linearização, não são eficazes em um controle fracionário aplicados a sistemas não lineares. Para esses casos, é preferível considerar técnicas de sintonia que tratem diretamente das dinâmicas não lineares, como métodos de otimização. Neste contexto, este trabalho abordou a performance da sintonização de controladores fracionários através do método de Entropia Cruzada (CE). O desempenho da otimização CE é avaliado nos controladores fracionários FOSMC e FOPID aplicados em quatro sistemas distintos: o carro pêndulo invertido, o coletor de energia biestável, a suspensão veicular ativa e o modelo epidemiológico SIRDQ. A pesquisa explorou a eficácia do método CE em comparação com o Algoritmo Genético (GA), tradicionalmente utilizado para este tipo de problema. Em todos os casos, o método CE não apenas melhorou o desempenho dos controladores, mas também forneceu melhor tempo computacional e maior clareza no processo do que o GA. Além disso, o método GA apresentou dificuldades quando submetido a restrições, sendo necessário ajustes em seus parâmetros de controle. Enquanto que o CE demonstrou ser promissor para aplicações em sistemas de controle não lineares com restrição, além de ter um processo de otimização transparente e de fácil implementação. O framework de controle fracionário ajustado via CE proposto nesse trabalho é novidade, principalmente em abordagens não lineares e com restrições.
Abstract: Fractional calculus is a branch of mathematics that studies the use of fractional operators. The evolution of computing has allowed its application in many areas, including control theory. Fractional operators are known to describe memory phenomena well, a favorable characteristic for control. Another benefit is that the fractional order of these operators adds more adjustable parameters to the controller, allowing greater flexibility and the possibility of improving its performance, especially in complex and nonlinear problems. However, classical controller tuning methods, such as linearization, are not effective in fractional control applied to nonlinear systems. For these cases, it is preferable to consider tuning techniques that directly address nonlinear dynamics, such as optimization methods. In this context, this work addressed the performance of fractional controller tuning using the Cross Entropy (CE) method. The performance of CE optimization is evaluated on the fractional controllers FOSMC and FOPID applied to four different systems: the inverted pendulum car, the bistable energy harvester, the active vehicle suspension and the SIRDQ epidemiological model. The research explored the effectiveness of the CE method in comparison with the Genetic Algorithm (GA), traditionally used for this type of problem. In all cases, the CE method not only improved the performance of the controllers, but also better computational time and greater clarity in the process than the GA. In addition, the GA method presented difficulties when subjected to constraints, requiring adjustments in its control parameters. While the CE demonstrated to be promising for applications in nonlinear control systems with constraints, in addition to having a transparent and easy-to-implement optimization process. The fractional control framework adjusted via CE proposed in this work is novel, especially in nonlinear and constrained approaches.
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Controladores PID
Otimização matemática
Teorias não-lineares
Distribuição (Teoria da probabilidade)
Mechanical engineering
PID controllers
Mathematical optimization
Nonlinear theories
Distribution (Probability theory)
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação: BASILIO, Julio Cesar de Castro. Controladores fracionários sintonizados por metaheurísticas em dinâmica não linear. 2024. 127 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23909
Data de defesa: 6-Dez-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Mecânica



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