Métodos numéricos para resolução de equações diferenciais ordinárias lineares baseados em interpolação por spline
| Ano de defesa: | 2012 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
BR UFRN Programa de Pós-Graduação em Matemática Aplicada e Estatística Probabilidade e Estatística; Modelagem Matemática |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/17010 |
Resumo: | In this work we have elaborated a spline-based method of solution of inicial value problems involving ordinary differential equations, with emphasis on linear equations. The method can be seen as an alternative for the traditional solvers such as Runge-Kutta, and avoids root calculations in the linear time invariant case. The method is then applied on a central problem of control theory, namely, the step response problem for linear EDOs with possibly varying coefficients, where root calculations do not apply. We have implemented an efficient algorithm which uses exclusively matrix-vector operations. The working interval (till the settling time) was determined through a calculation of the least stable mode using a modified power method. Several variants of the method have been compared by simulation. For general linear problems with fine grid, the proposed method compares favorably with the Euler method. In the time invariant case, where the alternative is root calculation, we have indications that the proposed method is competitive for equations of sifficiently high order. |
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Métodos numéricos para resolução de equações diferenciais ordinárias lineares baseados em interpolação por splineequação diferencial ordinária linearestabilidade assintótica e transientemétodo da potênciamétodos de interpolação por splinelinear ordinary differential equationasymptotic stability and transientpower methodspline methodsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADAIn this work we have elaborated a spline-based method of solution of inicial value problems involving ordinary differential equations, with emphasis on linear equations. The method can be seen as an alternative for the traditional solvers such as Runge-Kutta, and avoids root calculations in the linear time invariant case. The method is then applied on a central problem of control theory, namely, the step response problem for linear EDOs with possibly varying coefficients, where root calculations do not apply. We have implemented an efficient algorithm which uses exclusively matrix-vector operations. The working interval (till the settling time) was determined through a calculation of the least stable mode using a modified power method. Several variants of the method have been compared by simulation. For general linear problems with fine grid, the proposed method compares favorably with the Euler method. In the time invariant case, where the alternative is root calculation, we have indications that the proposed method is competitive for equations of sifficiently high order.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorNeste trabalho desenlvolvemos um método de resolução de problemas de valor inicial com equações diferenciais ordinárias baseado em splines, com ênfase em equações lineares. O método serve como alternativa para os métodos tradicionais como Runge-Kutta e no caso linear com coeficientes constantes, evita o cálculo de raízes de polinômios. O método foi aplicado para um problema central da teoria de controle, o problema de resposta a degrau para uma EDO linear, incluindo o caso de coeficientes não-constantes, onde a alternativa pelo cálculo de raízes não existe. Implementamos um algoritmo eficiente que usa apenas operações tipo matriz-vetor. O intervalo de trabalho (até o tempo de acomodação) para as equações estáveis com coeficientes constantes ´e determinado pelo cálculo da raiz menos estável do sistema, a partir de uma adaptação do método da potência. Através de simulações, comparamos algumas variantes do método. Em problemas lineares gerais com malha suficientemente fina, o novo método mostra melhores resultados em comparação com o método de Euler. No caso de coeficientes constantes, onde existe a alternativa baseada em cálculo das raízes, temos indicações que o novo método pode ficar competitivo para equações de grau bastante altoUniversidade Federal do Rio Grande do NorteBRUFRNPrograma de Pós-Graduação em Matemática Aplicada e EstatísticaProbabilidade e Estatística; Modelagem MatemáticaCohen, Nirhttp://lattes.cnpq.br/3446643419790477http://lattes.cnpq.br/7895700958229353Martins, Allan de Medeiroshttp://lattes.cnpq.br/4402694969508077Morais Filho, Daniel Cordeiro dehttp://lattes.cnpq.br/0266444096441721Araujo, Thiago Jefferson de2014-12-17T15:26:38Z2012-12-202014-12-17T15:26:38Z2012-08-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfARAUJO, Thiago Jefferson de. Métodos numéricos para resolução de equações diferenciais ordinárias lineares baseados em interpolação por spline. 2012. 108 f. Dissertação (Mestrado em Probabilidade e Estatística; Modelagem Matemática) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2012.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/17010porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2017-11-04T10:55:16Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/17010Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2017-11-04T10:55:16Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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In this work we have elaborated a spline-based method of solution of inicial value problems involving ordinary differential equations, with emphasis on linear equations. The method can be seen as an alternative for the traditional solvers such as Runge-Kutta, and avoids root calculations in the linear time invariant case. The method is then applied on a central problem of control theory, namely, the step response problem for linear EDOs with possibly varying coefficients, where root calculations do not apply. We have implemented an efficient algorithm which uses exclusively matrix-vector operations. The working interval (till the settling time) was determined through a calculation of the least stable mode using a modified power method. Several variants of the method have been compared by simulation. For general linear problems with fine grid, the proposed method compares favorably with the Euler method. In the time invariant case, where the alternative is root calculation, we have indications that the proposed method is competitive for equations of sifficiently high order. |
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