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From simple adaptive control (SAC) to new results in stability analysis of nonlinear systems

28/03/2024 às 13h00

Speaker: Itzhak Barkana

Abstract: Simple Adaptive Control (SAC) techniques have been conceived to allow low-order adaptive control even for large-scale systems. While initially considered to be just a modest version of the standard Model Reference Adaptive Control (MRAC), it was only before appropriate mathematical tools of analysis had been developed. Further developments showed that they can easily be applied to such applications as robots, planes, missiles, satellites, fine motion control, etc. Various drawbacks related to classical MRAC have been addressed and eliminated and conditions needed for robust stability have been significantly mitigated. Recent developments in nonlinear systems stability analysis tools lead to clear proof of SAC stability in realistic environments. The stability issues led us to the general topic of nonlinear systems stability analysis. Although Lyapunov stability theory is the customary basis of any modern stability analysis, its direct application required fitting a Positive Definite function to the system whose derivative ”along all trajectories of the system” is Negative Definite, whereas in most non-trivial problems the derivative is at most Negative Semi-Definite. Because early extensions of Lyapunov stability theory were only covering autonomous systems, various alternatives were sought for nonautonomous systems. A main alternative provided by Barbalat Lemma imposes conditions of uniform continuity of functions and even continuity of derivatives that again could limit its applicability. Besides, even when applicable, it only ends with partial results. Although extensions of LaSalle's Invariance Principle to nonautonomous systems have been available at least since 1976, they have remained surprisingly unknown for large circles of the nonlinear control community. Also, even if assumably known, misinterpretations of its larger mathematical scope (that covers much more than mere asymptotic stability) may have misled the users concerning its usefulness. Moreover, considering LaSalle's observation and emphasized by Matrosov school of stability, a review of present stability results seems to show that the net result of analysis in the negative semidefinite case is not more than simple stability, which was already there in Lyapunov's original Theorem. Apparently, one would have to find and use a combination of multiple Lyapunov functions to get more relevant results. Instead, revisiting the various alternatives to stability analysis and new results based on LaSalle’s Invariance Principle may help show the extreme efficiency of the new Theorems of Stability to nonlinear systems stability analysis. It not only eliminates the apparent tough continuity but also one Lyapunov function allows us to get conclusions about the ultimate behavior of all state variables.

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Identificação caixa cinza de modelos em espaço de estados

31/01/2024 às 17h30

Palestrante: Rodrigo A. Ricco

Resumo: As técnicas para a estimação de modelos descritos em espaço de estados a partir de dados são introduzidas. Nesse escopo, os métodos clássicos de subespaços, caracterizados como abordagem caixa preta, são discutidos com mais detalhes. São apresentadas as vantagens e limitações associadas à obtenção de modelos em espaço de estados por meio dessas técnicas. Uma tendência para transpor as limitações e ampliar a gama de aplicações dos métodos de subespaços consiste em mapear informações auxiliares disponíveis para incorporá-las nos modelos em espaço de estados. Contudo, nem sempre as incertezas e deficiências associadas aos modelos dos sistemas identificados, sejam eles lineares ou não lineares, são devidamente quantificadas ou levadas em consideração. Resultados recentes demonstram que a identificação caixa cinza de modelos em espaço de estados é um campo promissor para investigações na área. Com efeito, o uso adequado das informações auxiliares no problema de identificação caixa cinza, em espaço de estados, pode contribuir para aplicações em filtragem, monitoramento e controle dos processos.

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 Desafios da Indústria 4.0 para Automação

23/11/2023 às 19h

Palestrantes: Constantino Seixas e Mario Cesar M. Massa de Campos

Palestra 1: A palestra irá discutir como as empresas estão fazendo para se engajar na transformação da Indústria 4.0, iniciando pela definição do seu roadmap digital. Essa transformação requer evoluções internas como o projeto de convergência IT-OT-ET, atenção ao equacionamento da cybersegurança e adoção de projetos âncora que promovam uma maior segurança operacional, atingimento dos objetivos de sustentabilidade, e busca de flexibilidade para sobreviver à volatilidade do mercado. Tecnologias como APC, IIoT e cloud, 5G, IA e IA generativa serão apresentadas como habilitadoras dos programas da agenda digital, como centros de operação remotos, manufatura autônoma, trabalhador conectado, gêmeos digitais, Gerenciamento Inteligente de Ativos e data analytics.

Palestrante: Constantino Seixas

Palestra 2: Existem diversas soluções tecnológicas da Indústria 4.0 disponíveis, tanto no mercado como na Academia, entretanto, muitas têm dificuldades de serem disseminadas e utilizadas de forma efetiva na indústria de maneira a capturar todo o seu potencial e desempenho. Essa palestra irá abordar e discutir alguns pontos que poderiam explicar essa dificuldade de disseminação e de captura dos benefícios das tecnologias da Indústria 4.0. Os exemplos abordados serão na área de Controle, Otimização, Monitoração e Diagnóstico de Ativos Industriais.

Palestrante: Mario Cesar M. Massa de Campos

 

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Metodologias para a análise em regime permanente de microrredes ilhadas

31/08/2023 às 17h30

Palestrante: Wesley Peres 

Resumo: Microrredes (do inglês migrogrids - MG) são sistemas de distribuição em corrente alternada ou contínua de baixa ou média tensão com Geradores Distribuídos (GD), Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE) e cargas controláveis. Estas podem operar ilhadas ou conectadas à rede principal. Na operação conectada, a rede principal atua como uma barra infinita, suprindo as variações de perdas e de cargas. Dessa forma, a frequência da MG é mantida constante no valor nominal (50 Hz ou 60 Hz). Adicionalmente, todas as unidades de geração (baseadas em fontes de energia renováveis ou não) operam no modo PQ, injetando um valor pré-especificado de potência ativa e reativa no sistema. Quando operando no modo ilhado, existe a ausência de uma unidade geradora capaz de suprir as variações de cargas e perdas (função geralmente feita por um barramento infinito). Nesse caso, tais variações são compartilhadas entre todas as unidades que operam no modo de controle droop de tensão e frequência (malhas P - f e Q - V). As unidades que operam nesse modo de controle são aquelas baseadas em fontes não renováveis, como microturbinas. Como resultado, a frequência pode diferir do valor nominal. Por outro lado, os geradores baseados em fontes não renováveis (tais como eólica e solar) operam no modo PQ. Devido à essa característica de variação de frequência e ausência de barramento infinito, metodologias específicas devem ser desenvolvidas para a análise em regime permanente de MG ilhadas, tema abordado nesse seminário. Os tópicos discutidos serão os seguintes:    Introdução ao Conceito de Microrredes; Fluxo de Potência e Fluxo de Potência Ótimo para Microrredes Ilhadas; Regiões de Segurança para Microrredes Ilhadas.

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Controle de processos industriais com tempo morto: quando usar um PID ou um controlador avançado

06/07/2023 às 17h30

Palestrante: Julio Elias Normey-Rico

Resumo: Como os controladores PID (proporcional, integral derivativo) são amplamente utilizados para controlar processos com atraso (ou tempo morto) na indústria e dado que o tempo morto é normalmente encontrado em diversas plantas industriais, torna-se muito importante encontrar regras adequadas de sintonia e condições operacionais dos PIDs para tais processos, bem como saber sobre a pertinência de se usar um PID ou quando se faz necessário utilizar estratégias mais avançadas. Assim, este webinar apresenta uma análise comparativa das estratégias de controle PID, CTM (compensador de tempo morto)  e CPBM (controle preditivo baseado em modelo) quando usadas para controlar processos monovariáveis com tempo morto considerando características comumente encontradas na indústria, como ruído de medida na saída do processo e erros de modelagem. Para casos sem restrições ativas, é mostrado que a melhoria de desempenho obtida com o uso de uma estratégia de controle mais avançada em vez de um PID é pequena ou inexistente para casos que requerem alta robustez. No entanto, para casos nos quais o modelo do processo é bem conhecido, mostra-se que a melhoria obtida pelo uso de um controle mais complexo se justifica mesmo para pequenos atrasos. Para processos restritos foi demonstrado que um PID com anti-windup e com uma técnica de mapeamento de restrições adequada, é capaz de fornecer resultados semelhantes ou até melhores do que o CPBM quando soluções robustas são consideradas. Vários estudos de caso são apresentados para ilustrar as ideias principais deste estudo e resultados experimentais também são discutidos para analisar questões de implementação.

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Os slides do Prof. Julio podem ser obtidos aqui

 

 

 

 

Desenvolvimento Tecnológico no Brasil: Estudo do caso MagLev-Cobra

8/12/2022, às 17h30

Palestrante: Richard M. Stephan (UFRJ)

Resumo: A apresentação objetiva identificar o problema da difícil transferência de conhecimento da universidade brasileira para a sociedade. Tomando como base a experiência de 25 anos no desenvolvimento do Projeto MagLev-Cobra[1], o palestrante avalia a situação e propõe ações para o futuro. O encaminhamento será conduzido seguindo as orientações deixadas por Bertrand Russell no seu depoimento de 2 minutos:

https://www.facebook.com/watch/?v=816664458487673

Espera-se despertar um rico debate com os participantes.

 

[1] O Projeto MagLev-Cobra propõe um veículo de levitação magnética para transporte urbano empregando tecnologia disruptiva com ímãs de terra-raras e supercondutores de elevada temperatura crítica.

MagLev-Cobra: uma breve retrospectiva

Artigo na Revista Ângulos do CREA-RJ sobre o assunto.

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Realimentação Estática de Saída em Sistemas Lineares: O Método dos Dois Estágios

27/10/2022, às 10h

Palestrantes: Prof. Edvaldo Assunção (UNESP) e Eng. Bruno Sereni (doutorando na UNESP)

Resumo: Neste webinar, vamos abordar o tema de realimentação estática de saída no contexto de projeto via método de dois estágios. Buscaremos apresentar um sucinto panorama do problema da realimentação de saída, para então conceituar e discutir o método dos dois estágios, destacando suas vantagens e os desafios inerentes à sua aplicação em problemas de controle. Em seguida, apresentaremos resultados obtidos recentemente quanto ao projeto de controladores para sistemas lineares invariantes no tempo (LTI) e sistemas lineares com parâmetros variantes no tempo (LPV), no qual os estágios de projeto envolvem a resolução de problemas de otimização convexa descritos em termos de desigualdades matriciais lineares (LMI). Serão discutidas as características do método no tocante à factibilidade das LMIs em cada estágio, e os efeitos de restrições de desempenho impostas nas etapas de projeto. Por fim, iremos ilustrar a aplicabilidade prática da estratégia por meio da implementação em tempo real de controladores projetados para dois sistemas dinâmicos reais: controle de suspensão ativa; e controle de trajetória de helicóptero com 3 graus de liberdade.

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The New Wave in Robot Grasping

05/07/2022 às 14h

Palestrante: Prof. Ken Goldberg (U.C. Berkeley)

Abstract: Despite 50 years of research, robots remain remarkably clumsy, limiting their reliability for warehouse order fulfillment, robot-assisted surgery, and home decluttering.  The First Wave of grasping research is purely analytical, applying variations of screw theory to exact knowledge of pose, shape, and contact mechanics.  The Second Wave is purely empirical: end-to-end hyperparametric function approximation (aka Deep Learning) based on human demonstrations or time-consuming self-exploration.  A "New Wave" of research considers hybrid methods that combine analytic models with stochastic sampling and Deep Learning models.  I'll present this history with new results from our lab on grasping diverse and previously-unknown objects.

Local: Auditorio CT2, Cidade Universitária, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro

O link para webinar é Canal da SBA no Youtube.

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Desigualdades Matriciais Lineares Diferenciais

30/06/2022 às 10h

Palestrante: Prof. José C. Geromel (UNICAMP)

Resumo: Inicialmente, faremos uma breve apresentação sobre o papel histórico e fundamental que as Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs) têm em controle e filtragem, sobretudo quando a robustez de sistemas lineares invariantes no tempo é o foco central de análise. Em seguida, mostraremos que as  Desigualdades Matriciais Lineares Diferenciais (DLMIs), generalização natural das LMIs, têm a mesma importância no âmbito de sistemas amostrados. A razão principal é que elas evitam diretamente a necessidade de se explicitar mapeamentos exponenciais e similares, preservando assim a convexidade dos problemas a serem resolvidos. Exemplos ilustrativos serão apresentados e discutidos em detalhes, em particular, no âmbito de controle preditivo.  

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Stability and Stabilization of Continuous-time Switched Affine Systems

26/05/2022 às 10h

Palestrante: Lucas N. Egidio (Université Catholique de Louvain)

Resumo: Switched affine systems are a subset of hybrid systems having remarkable characteristics. Their dynamic equations present a discontinuous affine dependence on the state and no other input than the switching signal, which makes them suitable for either locally approximating complex nonlinear switched systems or modeling several devices in power electronics, e.g., DC-DC converters and Voltage Source Inverters. Generally, the origin is not a common equilibrium point and other types of attractors, such as forward invariant sets and limit cycles, become paramount for the stability analysis, in special under a limited-frequency switching. This webinar covers novel and classic aspects of stability and stabilizability analysis of this class of systems and presents motivations for employing switched systems theory for controlling real-world switching devices. 

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Aprendizado multitarefa: como se beneficiar do tratamento simultâneo de múltiplas tarefas de aprendizado de máquina

28/04/2022 às 17h30

Palestrante: Prof. Fernando J. Von Zuben (Unicamp)

Resumo: O aprendizado multitarefa (do inglês Multi-Task Learning, MTL) promove o compartilhamento de informações entre múltiplas tarefas de aprendizado de máquina. Para tanto, a estrutura de relacionamento entre as tarefas deve ser adequadamente capturada, a priori ou durante o treinamento dos modelos de aprendizado, e vai influenciar no processo de ajuste dos parâmetros livres dos múltiplos modelos. O principal objetivo é melhorar a capacidade de generalização de tarefas de aprendizado individuais, ao fazer um uso coerente do inter-relacionamento entre as tarefas. Nas últimas duas décadas, assistimos a um avanço expressivo na proposição de novas e mais flexíveis formulações matemáticas, de técnicas computacionais avançadas para a sua solução e de mecanismos que promovem a interpretação dos resultados, expandindo amplamente as áreas de aplicação e o impacto das técnicas envolvidas. Neste webinar, faremos uma excursão por importantes vertentes em MTL, incluindo versões para deep learning e para aprendizado on-line.

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Polymeric and Silica Fiber Optic Nanosensors, Theory and Applications

31/03/2022 às 17h30

Palestrante: Prof. Marcelo Martins Werneck (UFRJ)

Abstract: : In recent years there has been a meteoric rise in the use of plastic optical fiber (POF) for short-length data transmission and for sensors. The reason for this is that POFs can be connected to transmission components at low cost and using simple tools leading to a decrease of POF costs as much as the peripheral components, making it possible the easy access to this technology. POF sensors are relatively new to optical fiber sensing and for this reason, it is important to promote and divulge this technology in this talk that discloses its advantages and capabilities in the research and industry. This presentation will also deal with Fiber Bragg Grating (FBG) sensors. FBGs can be found in many practical and industrial application and it will be shown our experience in applying FBG in many types of sensors for the electric energy industry. The presentation starts with the general theory of optical fiber sensors and their common technologies and then on FBG and POF sensors theory. The focus then goes to several practical applications of optical fiber sensors, for both plastic and silica fibers, including successful field applications designed by our laboratory in areas such as Oil & Gas, Biotechnology and Electrical Energy. The following topics are presented and discussed throughout the talk: Principles of Polymer and Silica Optical Fibers; Principles optical fiber sensors; Optical Fiber Sensors technologies; Temperature Sensing; Strain & Force Sensing; Refractive Index Sensing; High voltage switch monitoring; Current & Voltage Sensing; Gas Sensing; Biological Sensing; Oil Leakage Sensing; High voltage and high current measurements; Gas flow velocity measurements.

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Behavioral identification of Discrete Event Systems.
Application to fault diagnosis

25/11/2021 às 10h00

Palestrante: Prof. Jean-Jacques Lesage (ENS Paris-Saclay)

Abstract: Discrete Event Systems (DES) are dynamical systems whose changes of state are driven by occurrence of events. Modelling of a DES most often consists in translating this event driven dynamics by means of Finite Automata or Petri nets. Due to numerous factors (huge number of states, huge number of events, strong parallelism in behavior ...) the "by-knowledge" building of such a model is always difficult and time consuming, and most often becomes error prone when the size of the system to be modelled increases. In the field of continuous systems, which are time driven systems, identification techniques, allowing the building of  the behavioral model of an existing system by an experimental
approach are used since long time. Identification technics are today very efficient and are often used in industry. In the field of DES, such identification approaches have only been developed since few years. In this webinar, different approaches allowing to build the behavioral model of a DES (under the form of Finite Automata or Petri nets) by identification will be presented. Afterwards, in order to show the efficiency of identification methods and the accuracy of the identified models, the use of such an identified model for fault diagnosis of DES will be presented.

Slides disponíveis aqui. O link para o webinar está disponível  sob demanda. Contactar pelo email sba@sba.org.br.

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Microgrid Operation and Control: Tools and Strategies to Overcome Operation and Control  Challenges

30/09/2021 às 17h00

Palestrante: Prof. Lasantha Meegahapola  (RMIT University) 

Abstract: A microgrid is a complex entity consists of distributed energy resources and loads. Therefore, a microgrid can be considered as a single generation source from the grid point of view, and it can be operated either in autonomous or grid connected modes. This webinar will cover microgrid capability charts and strategies to mitigate oscillatory stability issues in microgrids. Microgrids can participate in the energy market to achieve technical, economic and environmental benefits. In order to facilitate the participation in energy markets, microgrid operators need to be aware of the full capability of the microgrid, hence require dynamic capability charts to assist with their decisions. Such capability charts could be produced by considering the capability of distributed energy resources in the microgrids, loads and network constraints. This webinar will discuss how these capability charts could be produced for microgrids to make informed decisions to participate in the electricity markets. The non-linear loads connected to microgrids may pose stability and control challenges. In particular, they may result in sustained oscillations following disturbances in microgrids. Various control strategies could be implemented in power-electronic converter interfaced sources to mitigate these oscillatory stability issues. This webinar will also present a range of control techniques which could be applied to mitigate these oscillatory stability issues in microgrids.

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Análise e Previsão de Séries Temporais

26/08/2021 às 17h30

Palestrante: Prof. Leandro dos Santos Coelho (UFPR, PUC-PR)

Resumo: A série temporal é uma sequência de valores numéricos ordenados cronologicamente e cuja ordem em que foram realizadas as observações deve ser considerada. Em termos de aplicações, abordagens usando séries temporais podem ser encontradas em ferramentas eficientes de previsão que auxiliam no planejamento e tomada de decisões em várias áreas. A análise da série temporal visa entender a estrutura que gerou a série. A série temporal pode possuir componentes tais como nível, tendência, sazonalidade e ciclo. Além disso, as propriedades de estacionariedade, linearidade e ruídos são relevantes na identificação de padrões de comportamento das séries temporais. Por outro lado, a previsão da série temporal procura construir um modelo matemático a partir do qual seja possível obter valores futuros da série. Na literatura tem sido propostas abordagens eficientes de previsão quantitativa de séries temporais baseadas em métodos/modelos estatísticos e de inteligência artificial. O objetivo deste webinar é apresentar os fundamentos de análise e previsão de séries temporais abrangendo tópicos de estatística e inteligência artificial baseados em processamento de sinais, inteligência computacional e aprendizado de máquina.

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Complex Robotic Systems
Modeling, Control, and Planning using Dual Quaternion Algebra

29/07/2021 às 17h00

Palestrante: Prof. Bruno Vilhena Adorno (University of Manchester)

Resumo: According to the United Nations, more than two billion elderlies will live in the world by 2050, whereas there will be only four working-age people per elderly. While population aging is increasing, the proportional workforce is decreasing, hence motivating the use of robotic assistants that will work closely with humans. As a result of more than fifty years of research, we are seeing increasingly more robots working in human environments and/or alongside humans, and we expect that they will actively interact with people and other robots in complex tasks both in the homes and factories of the future. However, many theoretical and practical challenges have to be solved to guarantee the reliability and proper functionality of such complex systems. To manage that complexity, robot modeling, control, planning, and high-level task description are usually treated separately in different layers. Although that strategy may provide useful abstractions and make the complexity more manageable, it invariably leads to the usage of different mathematical representations and techniques that demand intermediate mappings between those layers, which results in a theoretical patchwork that usually introduces unnecessary singularities and discontinuities in the complete robotic system. Furthermore, due to those different layers, local guarantees (i.e., the ones in specific layers) may not hold when all layers are integrated. In this talk, I will present our efforts to unify robot modeling, control, and planning by using a single mathematical language, namely dual quaternion algebra, and the application of our techniques to surgical robots, mobile manipulators, humanoids, and cooperative robotic systems.

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DCNs: Implementação, desafios e perspectivas

17/06/2021 às 17h30

Palestrante: Vanderli Fava de Oliveira (Presidente da ABENGE)

Resumo: A edição das Leis nos. 9.131/1995, que criou o Conselho Nacional de Educação, e 9.394/1996, estabelecendo as Diretrizes e Bases da Educação Nacional, inovou ao eliminar do cenário de regulação dos cursos de graduação, o persistente conceito de currículo mínimo, introduzindo o novo conceito de diretrizes curriculares.
Para a área de Engenharia, as diretrizes curriculares foram estabelecidas pela Resolução CNE/CES no. 11/2002, e após quase 18 anos, o Brasil aprovou uma nova versão em 2019. A nova Resolução CNE/CES no. 1/2019, baseada no Parecer CNE/CES no. 1/2019, aborda os parâmetros formativos na linguagem e no âmbito conceitual próprios de diretrizes curriculares, com alguns poucos resquícios conceituais do extintos currículos mínimos, tratando ainda da formação e do desenvolvimento profissional do corpo docente e dos processos de avaliação da aprendizagem.
Ao manter o foco na formação de competências esperadas pelos futuros profissionais das Engenharias, as novas Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNs) incluem uma série de descritivos que apoiam a caracterização do egresso aos desafios contemporâneos da profissão, do ponto de vista de sua inserção na sociedade e, especialmente, do posto de vista estratégico dos setores mais dinâmicos da economia, que passam a ser incorporados no perfil de competências e habilidades e excedem em muito o mero aprendizado de conteúdos.
Este webinar apresentará os conceitos básicos na implantação das novas DCNs que estão ocorrendo nos cursos de Engenharias no Brasil, bem como seus desafios e perspectivas, para que estes possam ser aprimorados na medida em que estão reformulando seus projetos pedagógicos de cursos (PPCs) ou escrevendo a proposta para novos cursos a serem implantados no país.

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Modelos matemáticos para monitorar e prever a propagação de uma epidemia -- A iniciativa COVID-19: Observatório Fluminense

16/11/2020 às 18h

Palestrante: Americo Cunha 
Assistant Professor of Applied Mathematics
Institute of Mathematics and Statistics
Rio de Janeiro State University (UERJ)

Resumo: Doenças infeciosas são uma realidade histórica, com violentas epidemias afetando a vida das pessoas de tempos em tempos. Numa epidemia, para que gestores públicos e profissionais da saúde possam melhor responder às demandas da população afetada, se faz necessário obter um entendimento detalhado do mecanismo de propagação da doença infecciosa subjacente. Modelos matemáticos são uma ferramenta fundamental nesse contexto, pois são capazes de fornecer explicações racionais para a propagação da doença e, consequentemente, prever a intensidade de seu avanço e testar a eficácia de diferentes estratégias de controle da mesma. No contexto da epidemia de COVID19, esses modelos podem ser utilizados como ferramentas de auxílio à decisão, orientando agentes públicos como responder de modo ótimo aos desafios impostos à sociedade civil pelo avanço do novo corona vírus. Nessa apresentação vamos expor alguns dos fundamentos de modelagem matemática em epidemias, indicando possíveis abordagens, os respectivos domínios de aplicabilidade e limitações. Também vamos comentar a experiência da iniciativa COVID-19: Observatório Fluminense no monitoramento da pandemia em nível nacional e estadual.

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