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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39458| Título: | Estabilização de sistemas descritores dependentes de parâmetros: aplicação ao controle de um pêndulo invertido |
| Título(s) alternativo(s): | Stabilization of parameter dependend descriptor systems: application to the control of an inverted pendulum |
| Autor(es): | Vedovelli Junior, Nilton |
| Orientador(es): | Agulhari, Cristiano Marcos |
| Palavras-chave: | Engenharia elétrica Análise estrutural (Engenharia) - Métodos matriciais Sistemas dinâmicos diferenciais Electric engineering Structural analysis (Engineering) - Matrix methods Differentiable dynamical systems |
| Data do documento: | 10-Out-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Cornelio Procopio |
| Citação: | VEDOVELLI JUNIOR, Nilton. Estabilização de sistemas descritores dependentes de parâmetros: aplicação ao controle de um pêndulo invertido. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025. |
| Resumo: | Este trabalho propõe uma metodologia para o projeto de controladores para sistemas descritores dependentes de parâmetros variantes no tempo, utilizando desigualdades matriciais lineares (LMIs) como ferramenta principal. Nesse contexto, a matriz descritora pode ser singular, o que implica a existência de estados descritos por equações algébricas e sem derivada livre, ou pode ser não singular, caso em que as derivadas dos estados são livres. A modelagem adotada, baseada em sistemas lineares parametricamente variantes (LPV) na forma descritor, permite representar de forma flexível sistemas dinâmicos não lineares, capturando suas variações ao longo da operação. Um diferencial da abordagem consiste na dependência paramétrica da matriz descritora, o que amplia a capacidade de modelagem e controle desses sistemas. A técnica de controle desenvolvida fundamenta-se na teoria da estabilidade de Lyapunov e no uso de programação semidefinida para garantir a estabilidade assintótica do sistema via realimentação de estado. Além da buscar apenas a estabilidade, incorpora-se a otimização de desempenho por minimização de norma por meio da inclusão de matrizes de ponderação que permitem balancear a velocidade de resposta e o esforço de controle. Como estudo de caso, aplica-se a metodologia ao controle do pêndulo invertido rotacional, um sistema clássico e desafiador da área de controle. Por meio de simulações, são analisados três teoremas que contemplam diferentes formulações de LMIs, evidenciando a influência das escolhas dos parâmetros sobre a factibilidade, o desempenho e o comportamento dinâmico do sistema. Os resultados demonstram a eficácia e a flexibilidade da proposta, ressaltando o papel estratégico do ajuste dos parâmetros para o projeto do controlador. Por fim, discutem-se as limitações e possibilidades de trabalhos futuros, incluindo otimização automática dos parâmetros, ampliação da região de factibilidade e avaliação da robustez frente a perturbações e incertezas, consolidando a abordagem como uma base promissora para o controle de sistemas descritores LPV. |
| Abstract: | This work proposes a methodology for the design of controllers for descriptor systems dependent on time-varying parameters, using linear matrix inequalities (LMIs) as the main tool. In this context, the descriptor matrix can be singular, implying the existence of states described by algebraic equations without free erivatives, or it can be non-singular, in which case the state derivatives are free. The adopted modeling, based on linear parameter-varying (LPV) systems in descriptor form, allows for flexible representation of nonlinear dynamic systems, capturing their variations throughout operation. A distinctive feature of this approach lies in the parametric dependence of the descriptor matrix, which enhances the modeling and control capabilities for these systems. The developed control technique is grounded in Lyapunov stability theory and semidefinite programming to guarantee the system’s asymptotic stability via state feedback. Beyond mere feasibility, performance optimization is incorporated through weighting matrices that balance response speed and control effort. As a case study, the methodology is applied to the control of the rotational inverted pendulum, a classic and challenging control system. Through simulations, three theorems encompassing different LMI formulations are analyzed, highlighting how parameter choices influence feasibility, performance, and dynamic behavior. The results demonstrate the effectiveness and flexibility of the proposal, emphasizing the strategic role of parameter tuning in controller design. Finally, limitations and future work prospects are discussed, including automatic parameter optimization, extension of feasibility regions, and robustness evaluation against disturbances and uncertainties, positioning the approach as a promising foundation for LPV descriptor system control. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39458 |
| Aparece nas coleções: | CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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