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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17208
Tipo: | Dissertação |
Data do documento: | 27-Fev-2020 |
Autor(es): | OLIVEIRA, Ewerton Cristhian Lima de |
Primeiro(a) Orientador(a): | ARAÚJO, Jasmine Priscyla Leite de |
Título: | Proposta de um framework para identificação de sistemas dinâmicos multivariáveis não lineares |
Agência de fomento: | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior |
Citar como: | OLIVEIRA, Ewerton Cristhian Lima de. Proposta de um framework para identificação de sistemas dinâmicos multivariáveis não lineares. Orientadora: Jasmine Priscyla Leite de Araújo. 2020. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2020. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17208 . Acesso em:. |
Resumo: | As técnicas de identificação de sistemas dinâmicos são algoritmos de extrema importância para a geração de modelos matemáticos e computacionais capazes de representar a dinâmica de sistemas e processos presentes em diversos âmbitos da sociedade, como: processos industrias; automóveis; produção de alimentos; veículos aeroespaciais; sistemas biológicos e etc. Identificar esses sistemas, que em geral possuem mais de uma variável de entrada e saída (sistemas multivariáveis) e também são não lineares, é de grande importância para a ciência e para a engenharia no que tange ao desenvolvimento de novas técnicas de controle, monitoramento de falhas e previsão de estados de operação desses mecanismos. Todavia, identificar sistemas MIMO (do inglês, Multiple Input Multiple Output) não lineares é uma tarefa complicada, tanto devido à dificuldade de se implementar os algoritmos clássicos para a resolução deste problema, quanto ao fato de que sistemas não lineares requerem modelos complexos para a representação de sua dinâmica de maneira satisfatória. Visando contribuir com a solução deste problema, este trabalho propõem um framework capaz de realizar tanto a identificação de sistemas dinâmicos MIMO não lineares no modelo fuzzy TSK multivariável, que representa de maneira simples o acoplamento das variáveis envolvidas na identificação, quanto a seleção do vetor regressor usado no modelo. Para a realização da parametrização do modelo fuzzy TSK multivariável, o framework proposto utiliza os algoritmos Mínimos Quadrados (MQ) e Otimização por Exame de Partículas (PSO do inglês, Particle Swarm Optimization), os quais são responsáveis por estimar as matrizes de parâmetros e o conjunto de desvio padrões das Gaussianas das entradas do modelo, respectivamente. A metodologia proposta é testada e comparado com uma RNA e o modelo de Hammerstein-Wiener (HW) na identificação de duas plantas industriais MIMO não lineares: Reator Contínuo de Tanque Agitado (CSTR); Secador Industrial. A comparação das três técnicas é feita com base nos índices de Erro Quadrático Médio (𝐸𝑄𝑀) e Variance Accounted For (𝑉𝐴𝐹), além da análise de resíduos entre os dados observados e estimados. Os resultados mostraram que o framework proposto obteve o melhor desempenho em 80% das estimações de saídas das duas plantas multivariadas com base nos dois índices, e também alcançou o melhor desempenho em 60% dos casos na análise residual da identificação das plantas. |
Abstract: | The techniques of dynamic systems identification are algorithms of most importance for generating mathematical and computational models capable to represent the dynamic of systems and processes present in many fields of society, such as: industrial processes; automobiles; food production; aerospace vehicles; biological systems and etc. The identification of these systems, which generally have more than one variable of input and output (multivariable systems) and also are nonlinear, it is very important for science and engineering in relation to the development of new control techniques, fault monitoring and prediction of operating state of these mechanisms. Nonetheless, the identification of nonlinear MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems is a hard task, as much due the difficulty of implementing the classic algorithms for solve this problem, as the fact that nonlinear systems require complex models for represent their dynamics in satisfactory way. In order to contribute with the solution of this problem, this work proposes a framework capable of performing as much the identification of nonlinear dynamic MIMO systems in multivariable fuzzy TSK model, which can represent in simple way the coupling among the variables involved in identification, as the selection of regressor vector used in model. To perform fuzzy TSK multivariable model parameterization, the proposed framework uses the algorithms Least Square (LS) and Particle Swarm Optimization (PSO), which are responsible to estimate the matrix of parameters and the set of standard deviation of the Gaussians in model inputs, respectively. The proposed methodology is tested and compared with RNA and a Hammerstein-Wiener (WH) model in identification of two nonlinear MIMO industrial plants: Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR); Industrial Dryer. The comparison of these three techniques is made with base in indices of Mean Squared Error (𝑀𝑆𝐸) and Variance Accounted For (𝑉𝐴𝐹), further the analysis of residues between the observed and estimated data. The results show that the proposed framework got the best performance, based in the two indices, in 80% of outputs estimation of the two multivariable plants, and also reached the best performance in 60% of residual analysis of plants identification. |
Palavras-chave: | Sistemas Multivariáveis Identificação de sistemas Fuzzy TSK Otimização por enxame de partículas (PSO) Mínimos quadrados System identification Multivariable Systems Particles Swarm Optimization ( PSO), Least Squares. |
Área de Concentração: | COMPUTAÇÃO APLICADA |
Linha de Pesquisa: | INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Instituto de Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Fonte URI: | Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
Aparece nas coleções: | Dissertações em Engenharia Elétrica (Mestrado) - PPGEE/ITEC |
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