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GUILHERME JOSÉ DE SOUSA SANTOS
Síntese de Controladores Robustos de Ordem Reduzida Aplicada ao Controle de Mísseis
29/01/13 1v. 94p. Mestrado
Orientador(es): ALBERTO MOTA SIMÕES
Área(s) de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha(s) de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
Este trabalho trata da síntese de controladores robustos de ordem reduzida via otimização não-diferenciável. Mais especificamente, o principal objetivo é aplicar uma técnica recente de síntese µ, proposta por (APKARIAN, 2011), em problemas de controle de mísseis. Problemas de síntese µ permanecem de difícil resolução devido a sua inerente não-convexidade. Dentre as numerosas técnicas existentes para se estimar soluções para esse problema, destacam-se as Iterações DK e D,G-K (YOUNG, 1996). Nesta abordagem, a síntese é decomposta em dois passos de minimização: uma síntese H8, seguida de uma análise µ, ambas realizadas alternadamente, a partir de ferramentas numéricas ecientes. Este procedimento, no entanto,apresenta algumas limitações. Apesar de cada um desses passos de minimização ser convexo, a convexidade conjunta não é garantida. Além disso, a síntese H8 de ordem plena tradicionalmente utilizada implica a obtenção de um controlador de mesma ordem da planta de síntese, o que pode ser inconveniente quando esta apresenta ordem elevada. Na técnica proposta em (APKARIAN, 2011), o problema de síntese µ é remodelado com base no limite superior do valor singular estruturado, utilizando-se um controlador aumentado de estrutura especial. Esta reformulação utiliza um método de otimização não-diferenciável em que os multiplicadores e o controlador são obtidos simultaneamente. Em virtude disto, é possível se obter controladores de ordem reduzida em relação à planta, além de não haver obrigatoriedade de os multiplicadoresserem estáveis e de fase mínima. Esta técnica, aqui chamada de Síntese µ Não-diferenciável com Multiplicadores Dinâmicos, será usada com a finalidade de sintetizar controladores para mísseis que garantam estabilidade e desempenho robustos.
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RAQUEL STELLA DA SILVA DE AGUIAR
Busca Heurística Na Obtenção De Supervisor Por Distinguidores Aproximados: Estudo De Caso Na Coordenação De Sistemas Multiveiculares
25/02/2013 1v. 124p. Mestrado
Orientador(es): ANTONIO EDUARDO CARRILHO DA CUNHA, JOSÉ EDUARDO RIBEIRO CURY (UFSC)
Área de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
O emprego da TCS para síntese de supervisores para SEDs é limitado nos casos em que o SED é constituído por muitos subsistemas integrados e há explosão combinatória de estados. O uso de distinguidores foi introduzido na TCS visandoa simplificar a modelagem das especificações, com a garantia de síntese do supervisor maximamente permissivo. Aoaproximar-se a linguagem do distinguidor, obtém-se um supervisor aproximado, cuja síntese é de menor complexidade,porém não há garantias de que este seja maximamente permissivo. O objetivo deste trabalho é propor um método parase obter um supervisor, no contexto das aproximações na TCS-D, o menos restritivo possível nos casos em que osupervisor maximamente permissivo não pode ser obtido por métodos formais. O método consiste na busca heurísticano espaço formado pelos supervisores aproximados por distinguidores pelo supervisor com a maior medida delinguagem. Algoritmos de busca baseados em Busca Tabu e Algoritmo Genético foram implementados e validadosmediante testes com sistemas criados para este trabalho. Por fim um sistema de AGVs foi submetido aos algoritmos debusca para obtenção de um supervisor. Os resultados mostram que o método é eficaz na exploração do espaço desupervisores aproximados e pode ser utilizado como alternativa para obter-se o melhor supervisor possível de sersintetizado para sistemas muito complexos.
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SAMIR DE OLIVEIRA FERREIRA
Ensaio Pouco Invasivo para Avaliação de Estabilizadores em Usinas Multigeradores
04/02/2013 1v.105p. Mestrado
Orientador(es): PAULO CÉSAR PELLANDA e NELSON MARTINS (CEPEL)
Área de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
Estabilizadores de sistemas de potência têm sido largamente utilizados em usinas geradoras de energia elétrica para expandir os limites de estabilidade dos sistemas elétricos, uma vez que apresentam benefícios expressivos no aumento da confiabilidade desses sistemas e baixo custo de instalação e manutenção. No entanto, para que esses benefícios sejam efetivos, é importante que o ajuste dos parâmetros dos estabilizadores seja adequado e reavaliado regularmente, devido à constante expansão dos sistemas elétricos. Recentemente, foi proposta uma metodologia para verificação da efetividade de estabilizadores em usinas com múltiplos geradores por meio de ensaio de campo pouco invasivo baseado no levantamento de respostas em frequência de malha fechada. O método é capaz de inferir a influência dos estabilizadores na dinâmica eletromecânica da usina por intermédio da comparação das características dos modos dominantes em malha aberta e fechada, sem a necessidade de desconectar geradores ou controladores. Contudo, para viabilizar a aplicação desta metodologia pela indústria, é necessário superar algumas limitações práticas verificadas na execução dos testes. Este trabalho propõe, então, melhorias de âmbito prático para essa metodologia de ensaio, visando torná-lo mais ágil, confiável e preciso. São investigados diferentes sinais de sondagem, para utilização em ensaios de sistemas de potência, que permitam a execução de ensaios com maior rapidez e confiabilidade nos resultados, evitando os inconvenientes de possíveis grandes mudanças nas condições operativas do sistema durante a realização dos testes de campo. É proposto também um método de ensaio que reduz a influência de ruídos nas medidas efetuadas, denominado ensaio de polaridade reversa. Este ensaio consiste na aplicação de sinais de perturbação em contrafase em dois geradores de uma usina multigerador. Esta estratégia concentra a energia do sinal de sondagem apenas nos geradores excitados, cancelando a parcela do ruído comum às medidas dos dois geradores, proporcionando maior exatidão na identificação do modo de oscilação intraplanta e restringindo ainda mais a interferência no sistema como um todo. Adicionalmente, são desenvolvidas ferramentas computacionais, especialmente projetadas para aplicação nos ensaios da metodologia proposta, que auxiliam na sintetização de sinais de sondagem e no processamento dos dados do ensaio. Estas ferramentas foram utilizadas na prática em um ensaio de campo realizado na usina hidrelétrica de Itaipu. Os resultados obtidos foram compatíveis com aqueles de simulações computacionais e confirmaram a efetividade do estabilizador de Itaipu no amortecimento dos modos de oscilação local e intraplanta da usina.
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FERNANDO JAVIER DE MARCO
Estimação de Modos de Oscilação Interárea e de Muito baixas Frequências em Sistemas Elétricos de Potência por Rede de Medidores Fasoriais Sincronizados
24/09/2013 1v. 125p. Mestrado
Orientador(es):PAULO CESAR PELLANDA
Área(s) de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha(s) de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
O monitoramento de oscilações é uma das funções dos sistemas de supervisão e gerenciamento que atualmente auxiliam os operadores dos sistemas de potência, sendo útil na complementação da análise de separação angular, localização de perturbações e isolamento e resincronização de áreas do sistema. O monitoramento inclui as medições fasoriais sincronizadas e o seu processamento com a finalidade de caracterizar a estabilidade dinâmica dos modos observáveis do sistema e alertar os operadores sobre a degradação das margens de estabilidade. Este trabalho estuda a implementação do método da Decomposição no Domínio da Frequência (FDD) para a estimação de modos oscilatórios a partir de medições de ruído ambiente colhidas por um Sistema de Monitoramento de Grande Área (WAMS). Esta metodologia permite estimar diversos modos de maneira simultânea, utilizando apenas cálculos simples de processamento de sinais, sendo sua aplicação em sistemas de potência relativamente recente. Foram avaliados os desempenhos de versões alternativas, já testadas em estruturas mecânicas e civis, que simplificam e melhoram o método FDD; o método da Decomposição no Domínio Frequencial-Espacial, nas suas duas versões (filtro modal e desacoplamento dos sinais), e o método da Largura de Banda de Meia Potência. O método FDD foi implementado no caso particular da estimação de oscilações eletromecânicas, de 0,2 a 2 Hz, além de outras de natureza distinta e muito baixas frequências (VLFOs), de 0,01 a 0,1 Hz, e que permeiam um sistema de potência, seja ele pequeno ou de grande porte. Os resultados obtidos mostram que o desempenho do método FDD é comparável àquele do método N4SID (Numerical Subspace State Space System Identification), sendo sua principal vantagem a simplicidade da implementação e o menor custo computacional. Com os desenvolvimentos realizados neste trabalho, foi possível introduzir VLFOs no modelo não linear completo do Sistema Interligado Nacional (SIN) do Brasil, de frequências próximas àquelas observadas atualmente nos registros em campo do Projeto MedFasee. Os testes realizados por simulação representam um primeiro passo na direção de encontrar os fatores que realmente dão origem às VLFOs no SIN. Embora a fonte das oscilações persistentes observadas no SIN não tenha sido determinada, mostra-se que estas podem ser excitadas devido a parâmetros inadequados e não linearidades no controle secundário de geração (AGC) e nos controles de velocidade das usinas. Os resultados obtidos indicam que, visando reproduzir fielmente no simulador as VLFOs observadas no SIN, é preciso modelar corretamente as descontinuidades nos controles de velocidade das usinas e no AGC que atualmente opera no sistema.


ANNE ELISE PEIXOTO CARVALHO
Modelagem e Identificação da Dinâmica de Atitude de um Helicóptero com dois Graus de Liberdade
07/10/2013 1v. 175p. Mestrado
Orientador(es): PAULO CESAR PELLANDA
Área(s) de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha(s) de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
A síntese de um controlador requer que o modelo do sistema em questão seja conhecido. A obtenção do modelo pode ser realizada a partir da inspeção do sistema, medindo-se os parâmetros envolvidos, e representando por meio de expressões matemáticas a dinâmica deste. Exemplos deste tipo de modelagem são as leis da termodinâmica, aerodinâmica, Kirchho e similares. Entretanto, para sistemas complexos ou pouco conhecidos, pode não ser tão simples obter relações matemáticas que descrevam de maneira satisfatória os processos envolvidos. Uma alternativa para obter o modelo matemático da planta é a Identicação, empregada na obtenção de equações que descrevem sistemas de dinâmica desconhecida. Na identi cação são realizadas manipulações especícas, de maneira a se obter um modelo que relacione dados coletados nas entradas e saídas do sistema, e represente o comportamento dinâmico da planta. Neste trabalho foi realizada a identicação do 2DOF Helicopter, helicóptero de base xa com dois graus de liberdade pertencente ao Laboratório de Mecatrônica do Instituto Militar de Engenharia. A motivação para emprego deste equipamento consiste em desenvolver técnicas que possam ser aplicadas a veículos aéreos não tripulados (VANTs) reais. A identicação foi realizada no domínio da frequência, utilizando o método N2CACGO. Neste método, os parâmetros do modelo são encontrados a partir da minimiza ção de uma função custo quadrática, de forma a ajustar as curvas do modelo parametrizado aos dados de resposta em frequência calculados a partir dos sinais de entrada e saída coletados. Como resultado, chega-se a um conjunto de matrizes função de transferência (MFTs), com diferentes ordens, que descrevem a dinâmica da planta. A escolha do modelo deve ser um compromisso entre a precisão e o grau de complexidade requeridos. Os dados frequenciais necessários para cálculo do modelo foram obtidos a partir da manipulação da transformada discreta de Fourier dos dados temporais de entradas e saídas, coletados a partir da excitação do modelo por sinais multisseno. A identicação foi realizada em torno de onze diferentes pontos de operação, chegando-se, desta forma, a onze diferentes MFTs, todas de ordem quatro. Ao nal, os onze modelos lineares obtidos foram condensados em um único, por interpolação, obtendose um modelo linear a parâmetros variáveis que descreve de maneira satisfatória o 2DOF Helicopter.


JOAO AURELIO VIEIRA RODRIGUEZ
Validação e Análise de Desempenho de Lógica de Controle Sintetizada pela Teoria de Controle Supervisório
02/12/2013 1v. 135p. Mestrado
Orientador(es): ANTONIO EDUARDO CARRILHO DA CUNHA
Área(s) de Concentração: SISTEMAS ELETRÔNICOS DE DEFESA E COMUNICAÇÕES
Linha(s) de pesquisa: AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Resumo:
Motivado pelo problema da coordenação entre os diversos processos de um sistema industrial real, um sistema de colagem de vidros em cabines de caminhões, que apresenta aspectos relevantes na temporização da sincronização entre os processos, empregam-se, no presente trabalho, técnicas e métodos associados ao Controle Supervisório e à Verificação Formal de Sistemas a Eventos Discretos (SED). Inicialmente desenvolveu-se um modelo do sistema de colagem de vidros na forma de uma rede de autômatos finitos deterministas, em que a interação entre os diversos componentes se dá pela ocorrência de eventos. Por outro lado, foram modelados os intervalos temporais de ocorrência de cada evento, por observação do sistema real. O modelo foi desenvolvido isolando-se os componentes e os processos essenciais, descartando-se os aspectos periféricos. As especificações de coordenação também foram levantadas nesta modelagem. O problema da coordenação entre os diversos componentes foi então tratado empregando-se a Teoria de Controle Supervisório (TCS), na Abordagem Modular Local. A passagem do tempo foi abstraída e foram empregados eventos fictícios que marcam o término dos tempos relevantes para a sincronização. Constatou-se que, sem a consideração direta do tempo, nem todas as especificações temporais puderam ser atendidas. Entretanto, foi obtida uma lógica de controle modular, de simples interpretação e que atende parcialmente as especificações de coordenação do sistema. Restrições de coordenação adicionais foram então empregadas no intuito de atender, de forma indireta, a totalidade das especificações. Em seguida, o problema foi abordado empregando-se as técnicas e métodos da TCS de SEDs Temporizados. Foi obtida uma lógica de controle monolítica para o sistema que atende a todas as especificações. A lógica de controle obtida é complexa, em termos de números de estados, e não é de simples interpretação. Não foi possível abordar-se o problema de forma modular, pois as condições para que lógicas de controle modulares pudessem ser aplicadas sem a ocorrência de bloqueio não foram atendidas. Por fim, abordou-se o problema da avaliação do desempenho das lógicas de controle obtidas. A TCS garante formalmente que as lógicas de controle obtidas são legais, no sentido de atenderem às especificações, ótimas, no sentido de serem minimamente restritivas, e não bloqueantes, no sentido de evitarem situações como deadlocks e livelocks. Entretanto, até onde se tem conhecimento, não são definidas formas de se quantificar o ganho do minimamente restritivo. Neste sentido, este trabalho apresenta um método que emprega a Verificação Formal de Autômatos Temporizados para avaliação de desempenho da lógica de controle. Foi definida uma estrutura que envolve um modelo do sistema a controlar, que inclusive pode ser mais detalhado que o modelo empregado na síntese, um modelo para a lógica de controle e um conjunto de monitores e especificações em lógica temporal CTL. Os monitores e especificações CTL são empregados tanto para a validação da lógica de controle, no sentido de avaliar se a mesma garante as especificações de controle, mesmo contra um modelo mais detalhado do sistema, quanto a avaliação de desempenho em si, em que a produtividade dos diversos processos é quantificada dentro de um horizonte temporal. O método de validação e avaliação de desempenho proposto foi empregado tanto para o sistema de colagem quanto para um sistema simples de manufatura, que captura de forma simplificada os problemas presentes no sistema de colagem e que permitiu ilustrar de melhor forma as potencialidades do método proposto.