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Tipo: Dissertação
Título: Data-driven control of nonlinear systems using dissipativity theory
Autor(es): Silva, João Gabriel Napoleão
Orientador: Madeira, Diego de Sousa
Palavras-chave em português: Controle baseado em dados;Sistemas não-lineares;Teoria da dissipatividade
Palavras-chave em inglês: Data-driven control;Nonlinear systems;Dissipativeness theory
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2025
Citação: SILVA, João Gabriel Napoleão. Data-driven control of nonlinear systems using dissipativity theory. 2025. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: No campo de sistemas polinomais, o projeto de controladores comumente consiste em determinar condições de Lyapunov em desigualdades matriciais lineares, e encontrar uma solução através de algoritmos de programação semi-definida. No entanto, as bilinearidades inerentes às condições de Lyapunov exigem empregos de estratégias muitas vezes subótimas, como a iteração D-K, que não possuem critérios de garantia da convergência da solução. Além disso, a obtenção de um modelo que descreva o comportamento de plantas de difícil modelagem é solucionada através de ensaios de coleta de dados para identificação do sistema, os quais, quando sujeitos à perturbações ou ruído, dificultam a obtenção de um modelo confiável. Nesse trabalho, foi utilizada uma abordagem baseada em dados para projetar leis de controle sem um passo intermediário de identificação e com robustez quanto à dados sujeitos a perturbações desconhecidas mas limitadas. Utilizando a teoria de Lyapunov e a teoria da QSR-dissipatividade, foram constuídas condições de soma-de-quadrados para projeto de uma lei de controle para sistemas não-lineares polinomiais que garanta estabilização assintótica localmente em torno da origem. Essas condições foram implementadas utilizando programação em soma-de-quadrados com o auxílio das ferramentas SOSTools e Mosek em algoritmos iterativos sem bilinearidades e que garantissem a convergência da solução. Por fim, a lei de controle e a função de Lyapunov encontrada foram validadas através de ferramentas de verificação formal como o Z3Prover para emitir um certificado de Lyapunov.
Abstract: In the field of polynomial systems, control design is commonly related to finding Lyapunov conditions in the form of linear matrix inequalities and determining a solution to them through semidefinite programming algorithms. However, the bilinearities inherent to Lyapunov conditions require the use of often suboptimal strategies, such as the D-K iteration, which has no guarantees of solution convergence. In addition, the challenge of some plants that are difficult to model is solved through data collection experiments in order to identify the system. Yet, since the data is subject to disturbances or noise, it hinders the development of a reliable model. In this work, a data-driven approach was used to design control laws without an intermediate identification step and with robustness to data subject to unknown but limited disturbances. Using Lyapunov theory and QSR-dissipation theory, sum-of-squares conditions were constructed to design a control law for polynomial nonlinear systems that guarantees asymptotic stabilization locally around the origin. These conditions were implemented using sum-of-squares programming with the help of SOSTools and Mosek in iterative algorithms without bilinearities and constraints for solution convergence. Finally, the control law and the Lyapunov function were validated using formal verification tools such as Z3Prover to issue a Lyapunov certificate. Keywords: Data-driven control. Nonlinear systems. Dissipativity theory.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83623
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0002-7171-9613
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/1941160951401143
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-6973-7535
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1941160951401143
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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