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Tipo do documento: Tese
Título: Metodologia para modelagem de filtros de Kalman nebulosos evolutivos de realização mínima no espaço de estados via dados experimentais
Título(s) alternativo(s): Methodology for modeling Kalman filters minimal evolutionary nebulae in space of states via experimental data
Autor: PIRES, Danúbia Soares 
Primeiro orientador: OLIVEIRA, Ginalber Luiz de
Primeiro membro da banca: OLIVEIRA, Ginalber Luiz de
Segundo membro da banca: CARVALHO, Ewaldo Eder
Terceiro membro da banca: SOUZA, Francisco das Chagas de
Quarto membro da banca: MESQUITA, Marcos Eduardo Ribeiro do Valle
Quinto membro da banca: OLIEVEIRA, Ricardo Coração de Leão Fontoura de
Resumo: Uma metodologia para identificação de filtro de Kalman nebuloso evolutivo é apresentada nesta tese. A formulação matemática adotada contempla os seguintes aspectos: uma versão off-line do algoritmo de agrupamento Gustafson-Kessel (GK) é aplicada a um conjunto de dados experimentais de entrada e saída do sistema dinâmico, para estimação inicial dos parâmetros do antecedente das regras. Da mesma forma, este algoritmo é usado para formular uma versão nebulosa off-line do algoritmo Observer/Kalman Filter Identification (OKID) para estimação inicial dos parâmetros do consequente das regras. Uma vez que o modelo do filtro de Kalman nebuloso é obtido de forma off-line, o mesmo servirá como condição inicial para identificação on-line do filtro de Kalman nebuloso evolutivo. A partir de então, a cada nova amostra dos dados experimentais de entrada e saída do sistema dinâmico, o algoritmo de agrupamento evolutivo eTS (evolving Takagi-Sugeno) é usado para estimar de forma online os parâmetros do antecedente, no sentido de aumentar, diminuir ou manter o mesmo número de regras do filtro de Kalman nebuloso evolutivo obtido na amostra imediatamente anterior. Ainda, uma versão nebulosa evolutiva do algoritmo OKID, baseada em agrupamento evolutivo eTS, é usada para estimar o consequente do filtro de Kalman nebuloso evolutivo, composto pelas matrizes de estados, de entrada, de saída, de transmissão direta e de ganho de Kalman, adaptando-se ao comportamento do sistema dinâmico representado por cada nova amostra analisada. Os resultados computacionais, que são comparados aos resultados obtidos por outras metodologias relevantes e largamente citadas na literatura, apresentam dois exemplos de aplicação: o rastreamento de saída de um sistema não linear SISO (Single Input, Single Output) e a estimação de parâmetros e estados de um sistema com dados censurados. Nos resultados experimentais duas aplicações práticas, a saber: o rastreamento de trajetória de um foguete modelo Fogtrein-I ou FTI (Foguete de Treinamento - Intermediário), utilizado em testes, qualificação e treino no Centro de Lançamento de Alcântara - Maranhão (CLA) e Centro de Lançamento da Barreira do Inferno - Rio Grande do Norte (CLBI); e o rastreamento das saídas de um helicóptero com dois graus de liberdade (2DoF Helicopter - Quanser)
Abstract: This thesis presents a methodology to evolving fuzzy Kalman filter identification. The mathematical formulation adopted contemplates the following aspects: an offline GustafsonKessel (GK) clustering algorithm is applied to input and output experimental data set of dynamic system for rules antecedent parameters initial estimation. Similarly, this algorithm is used to formulate an offline fuzzy version of the Observer/Kalman Filter Identification (OKID) algorithm for rules consequent parameters initial estimation. Since the fuzzy Kalman filter model is obtained from offline way, it will serve as the initial condition for evolving fuzzy Kalman filter online identification. Then, each new sample of input-output experimental data of dynamical system, the eTS (evolving Takagi-Sugeno) evolving clustering algorithm is used to estimate the antecedent parameters to increase, decrease or maintain the same number of rules of the evolving fuzzy Kalman filter obtained in the immediately before sample. An evolving fuzzy version of OKID algorithm, based on eTS evolving clustering is used to estimate the consequent of evolving fuzzy Kalman filter, composed by state matrix, input influence matrix, output influence matrix, direct transmission matrix, and Kalman gain matrix, adapting to the dynamic system behavior represented by each new sample analyzed. Computational results, which are compared to results obtained by other relevant methodologies and widely cited in the literature, present two application examples: the tracking of a non-linear SISO (Single Input, Single Output) system output and the estimation of parameters and states of a system with censored data. Experimental results present two practical applications, such as: trajectory tracking of a Fogtrein-I model rocket or FTI (Foguete de Treinamento – Intermediário, in Portuguese), applied in tests, qualification and training at the Alcântara - Maranhão Launch Center (CLA, Centro de Lançamento de Alcântara, in Portuguese) and the Barreira do Inferno - Rio Grande do Norte Launch Center (CLBI); and the tracking of outputs from helicopter with two degrees of freedom (2DoF Helicopter - Quanser).
Palavras-chave: Filtro de Kalman nebuloso evolutivo
Modelagem em espaço de estados
Realização mínima
Sistemas nebulosos
Identificação de sistemas
Evolving fuzzy Kalman filter
State-Space modeling
Minimum realization
Fuzzy systems
System identification
Área(s) do CNPq: Engenharia Elétrica
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: PIRES, Danúbia Soares. Metodologia para modelagem de filtros de Kalman nebulosos evolutivos de realização mínima no espaço de estados via dados experimentais. 2018. 164 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/2504
Data de defesa: 30-Nov-2018
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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