A new algorithm to design minimal multi-functional observers for linear systems

Designing minimum possible order (minimal) observers for Multi-Input Multi-Output (MIMO) linear systems have always been an interesting subject. In this paper, a new methodology to design minimal multi-functional observers for Linear Time-Invariant (LTI) systems is proposed. The approach is applicable, and it also helps in regulating the convergence rate of the observed functions. It is assumed that the system is functional observable or functional detectable, which is less conservative than assuming the observability or detectability of the system. To satisfy the minimality of the observer, a recursive algorithm is provided that increases the order of the observer by appending the minimum required auxiliary functions to the desired functions that are going to be estimated. The algorithm increases the number of functions such that the necessary and sufficient conditions for the existence of a functional observer are satisfied. Moreover, a new methodology to solve the observer design interconnected equations is elaborated. Our new algorithm has advantages with regard to the other available methods in designing minimal order functional observers. Specifically, it is compared with the most common schemes, which are transformation based. Using numerical examples it is shown that under special circumstances, the conventional methods have some drawbacks. The problem partly lies in the lack of sufficient numerical degrees of freedom proposed by the conventional methods. It is shown that our proposed algorithm can resolve this issue. A recursive algorithm is also proposed to summarize the observer design procedure. Several numerical examples and simulation results illustrate the efficacy, superiority and different aspects of the theoretical findings.

Reduced order functional observers with application to partial state estimation of linear systems with input delay

Reduced order multi-functional observer design for multi-input multi-utput (MIMO) linear time-invariant (LTI) systems with constant delayed inputs is studied. This research is useful in the input estimation of LTI systems with actuator delay, as well as system monitoring and fault detection of these systems. Two approaches for designing an asymptotically stable functional observer for the system are proposed: delay-dependent and delay-free. The delay-dependent observer is infinite-dimensional, while the delay-free structure is finite-dimensional. Moreover, since the delay-free observer does not require any information on the time delay, it is more practical in real applications. However, the delay-dependent observer contains less restrictive assumptions and covers more variety of systems. The proposed observer design schemes are novel, simple to implement, and have improved numerical features compared to some of the other available approaches to design (unknown-input) functional observers. In addition, the proposed observers usually possess lower order than ordinary Luenberger observers, and the design schemes do not need the observability or detectability requirements of the system. The necessary and sufficient conditions of the existence of an asymptoticobserver in each scenario are explored. The extensions of the proposed observers to systems with multiple delayed-inputs are also discussed. Several numerical examples and simulation results are employed to support our theories.

Partial state estimation: a new design approach

© 2014 IEEE. There are three different approaches for functional observer design for Linear Time-Invariant (LTI) systems within the literature. One of the most common methods has been proposed by Aldeen [1] and further developed by others. We found several examples in which the necessary and sufficient conditions for the existence of a functional observer are actually not sufficient for this methodology. This finding motivated us to develop a new methodology for designing functional observers. Our new method provides enough degrees of freedom for the observer design parameter and it improves the weakness within the Aldeen's method in solving the observer coupled matrix equations. In this paper, we present the reason and an example to show the insufficiency of the former method. Furthermore, we present our new developed methodology. An illustrative algorithm also describes the design procedure step by step. A numerical example and simulation results support our findings and performance of the proposed method.

A delay-dependent functional observer for linear time-invariant systems with input delay

A delay-dependent functional observer is designed for linear time-invariant (LTI) systems with time-varying input delay. Compared to delay-free observers, delay-dependent functional observers are less conservative and cover more systems. The designed functional observer is with minimum possible order (minimal). Necessary and sufficient conditions of the existence of the observer and asymptomatic stability of it are illustrated. The proposed observer is extended to multiple input delayed systems with time-varying delays. An algorithm is developed for designing of the minimal order observer based on the methodology of this paper. Two numerical examples and simulations are used to support our proposed methodology.

On unknown-input functional observability of linear systems

Finding the least possible order of a stable Unknown-Input Functional Observer (UIFO) has always been a challenge in observer design theory. A practical recursive algorithm is proposed in this technical note to design a minimal multi-functional observer for multi-input multi-output (MIMO) linear time-invariant (LTI) systems with unknown-inputs. The concept of unknown-input functional observability is introduced,and it is used as a certificate of the convergence of our algorithm. The proposed procedure looks for a number of additional auxiliary functions to be augmented to the original functions desired for reconstruction. The resulting UIFO is proper, and minimal (of minimum possible order). Moreover, the algorithm does not need the system to be unknown-input observable. A numerical example shows the procedure as well as the effectiveness of the proposed algorithm.

Functional observer design with application to pre-compensated multi-variable systems

Partial state estimation of dynamical systems provides significant advantages in practical applications. Likewise, pre-compensator design for multi variable systems invokes considerable increase in the order of the original system. Hence, applying functional observer to pre-compensated systems can result in lower computational costs and more practicability in some applications such as fault diagnosis and output feedback control of these systems. In this note, functional observer design is investigated for pre-compensated systems. A lower order pre-compensator is designed based on a H2 norm optimization that is designed as the solution of a set of linear matrix inequalities (LMIs). Next, a minimum order functional observer is designed for the pre-compensated system. An LTI model of an irreversible chemical reactor is used to demonstrate our design algorithm, and to highlight the benefits of the proposed schemes.

Minimal multi-functional observers for linear systems using a direct approach

The direct approach in designing functional observers was first presented in [1] for estimating a single function of the states of a Linear Time-Invariant (LTI) system. One of the benefits of the direct scheme is that it does not require solving the interconnected Sylvester equations that appear in the other observer design approaches. In the present paper, the direct approach is extended to reconstruct multiple functions of the states in such a way that the minimum possible order of the observer is achieved. The observer is designed so that an asymptotic functional observer can be obtained with arbitrary convergence rate. In the proposed methodology, it is not necessary that a reduced order observer exists for the desired functions to be estimated. To release this limitation, an algorithm is employed to find some auxiliary functions in the minimum required number to be appended to the desired functions. This method assumes that the system is functional observable. This assumption however is less restrictive than the observability and detectability conditions of the system. A numerical example and simulation results explain the efficacy and the benefits of the proposed algorithm.

Respostas periódicas em sistemas lineares e fracamente não lineares não ressonantes e comportamento dinâmico de sistemas rotativos com o uso da base dinâmica

Este trabalho visa realizar o estudo do comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível, modelado segundo a teoria de Euler-Bernoulli e caracterizar as respostas periódicas de sistemas LTI (sistemas lineares invariantes no tempo) e sistemas fracamente não lineares de ordem arbitrária. Para tanto, é utilizada a base dinâmica gerada pela resposta impulso ou solução fundamental. O comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível foi discutido em termos da função de Green espacial e calculada de maneira não-modal. Foi realizado um estudo do problema de autovalor para o caso de um um eixo rotor biapoiado. As freqüências são obtidas e os modos escritos em termos da base dinâmica e da velocidade de rotação. As respostas periódicas de sistemas LTI, utilizadas nas aproximações com sistemas fracamente não lineares, são obtidas, independentemente da ordem do sistema, como um operador integral onde o núcleo é a função de Green T-periódica. Esta função é caracterizada em termos das propriedades de continuidade, periodicidade e salto da função de Green T-periódica, e da base dinâmica Simulações foram realizadas para sistemas concentrados, matriciais e escalares, com o objetivo de mostrar a validade da metodologia desenvolvida com as propriedades da função de Green T-periódica. Foi abordado um modelo não-linear para uma centrífuga utilizada na indústria textil [Starzinski, 1977].

O processo de formulação das politicas publicas e o sistema de controle das estatais : o caso da ELETROBRAS

O presente trabalho tem como objetivo descrever o processo de formulação das políticas do setor elétrico no âmbito da empresa hold~ng do sistema, a Eletrobrás, e analisar a influên cia deste processo no controle a que ela ê submetida. Considera-se o controle como um mecanismo de coordenação e articulação das políticas pGblicas, vendo-o na perspectiva de vários agentes, governamentais ou nao, que participam na formulação e implementação da política do setor elétrico. A p~ lítica pública, por sua vez, e considerada como o produto de um conjunto de decisões inter-relacionadas que sao tomadas por estes agentes. Afirma-se, desta forma, que um sistema de controle não envolve apenas aspectos técnico-gerenciais, pois di mensões de ordem político-institucionais estão presentes, exigindo- se reflexões sobre as relações de poder e do processo decis6rio. Ademais, pela ambigUidade estrutural, lado pGblico ve~~u~ privado. das estatais, a relação governo-empresas e empresas-sociedade apresenta características particulares, que são levadas em conta no trabalho. Usa-se uma forma matricial para representar as interdepe~ dências da Eletrobrás com as organizações julgadas relevantes e define-se a natureza destas relações quanto ao conteGdo das decisões que são tomadas e a sua relação hierárquica. Com o objetivo de melhor situar o leitor no desenvolv:~en to do tema, faz-se inicialmente uma apresentação do modele do setor elétrico quanto a sua configuração, sua situação at~al, sua estrutura organizacional e as atribuições dos seus pri~cipais órgãos. Em seguida apresenta-se os resultados da pesquisa observan do a Eletrobrás em relação às unidades de decisão de acerdo com o seu agrupamento por tipo de política (política macrceco nômica, de financiamento, do setor elétrico, do meio ambi€ate e agentes externos do Governo). Posteriormente, se relaciona a Eletrobrás com as variáveis da pesquisa. Com base nestes dados, procura-se fazer um esboço do ?r~ cesso de formulação e implementação das políticas da Eletrobras, definindo-se para isto um quadro denominado Bases de Dados Estratégicos. Nesta oportunidade, também ê analisado o conteúdo das políticas e o papel da Eletrobras na sua concep;:ao. Finalmente, a Eletrobrás é vista em relação ao sistema de controle das estatais, onde se procura ressaltar os seguintes aspectos: a autonomia das estatais; os tipos de controle Cm! croeconômico e social-político); e a definição de refer~ncils. Ressalta-se o controle como um processo principalmente polít! co e a necessidade de que ele tenha um caráter . ~ . apr 10TI s tlCC' em lugar de servir como mero instrumento de diagnóstico. Por últi mo, apresenta-se as características que a Eletrobrás deve ter e o papel que esta empresa deve assumir em um sistema de C0lltrole das empresas estatais que privilegie a descentralizaç~o, a autonomia, a cobrança de responsabilidades e a participação da sociedade.

H-infinity control design for time-delay linear systems: a rational transfer function based approach

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mananoligossacarídeo e β-glucano na suplementação dietária para juvenis de tilápia-do-nilo mantidos em tanques-rede

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Planejamento, implantação e administração de medidas de defesa sanitária animal para o controle da laringotraqueíte infecciosa aviária, de 2002 a 2006, na região de Bastos, Estado de São Paulo, Brasil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Medidas de biosseguridade e controle da laringotraqueíte aviária nas granjas do município de Guatapará, estado de São Paulo

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FCAV

Assessment of a new infrared laser transillumination technology (808nm) for the detection of occlusal caries-an in vitro study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Progettazione e sviluppo di estensioni per AContent

In questo documento di tesi viene descritta la progettazione e la realizzazione di estensioni per il sistema di authoring AContent. L'idea è di creare un'estensione dell'authoring tool che implementi il concetto di template ovvero strumenti di grande efficacia e di facile utilizzo nelle fasi di redazione dei contenuti. Si prevede di aggiungerli ad AContent senza la necessità di integrare un intero motore di template ma utilizzando strutture dati esistenti e specifiche standard di e-learning. I servizi aggiuntivi da offrire agli autori sono stati organizzati secondo tre approcci diversi da cui sono emersi tre livelli di template. Il Template di Layout che determina l'aspetto grafico dei contenuti, il Template di Pagina che definisce la struttura di ogni singola pagina e il Template di Struttura che propone e imposta un modello per la struttura dell'intero contenuto didattico. Il documento è costituito da una seconda parte di progetto che va a coinvolgere il sistema ATutor e pone grande attenzione sulle caratteristiche di interoperabilità fra l'authoring AContent e il LCMS ATutor. Lo scopo è quello di estendere le funzionalità di integrazione dei contenuti del sistema così da presentare materiale didattico esterno archiviato in AContent. Viene trattata l'integrazione di LTI all'interno dei due sistemi considerati assegnando i ruoli di Tool Provider (AContent), fornitore di contenuti didattici remoti e Tool Consumer (ATutor), richiedente di tali contenuti. Sono considerati, infine, i due moduli di ATutor AContent Repository e External Tool che si occupano di importare materiale didattico da AContent tramite il Web Service REST. Si prevede la loro modifica affinché, attraverso il canale di comunicazione LTI stabilito, siano in grado di creare dei Live Content Link ovvero riferimenti a contenuti remoti (esterni alla piattaforma utilizzata) aggiornati in tempo reale. Infatti, a differenza di una normale importazione di un LO esterno è previsto che venga creano un "riferimento". In questo modo, la modifica di una pagina sul Tool Provider AContent si ripercuoterà istantaneamente su tutti i contenuti dei Tool Consumer che hanno instaurato un Live Content Link con il provider.