Trata do desenvolvimento de um porta-ferramenta translativo (PFT). Objetiva o microposicionamento relativo ferramenta/peça durante a usinagem de ultraprecisão, para atender à tolerâncias nanométricas. Define esse microposicionamento com o emprego de atuador piezelétrico. Mostra alguns aspectos de projeto aplicados à engenharia de precisão que foram usados no desenvolvimento do PFT. Relata as técnicas de controle aplicadas como PID e compensador por atraso de fase. Realiza uma análise para verificação dos modos de vibrar do PFT, identificando assim as freqüências naturais do sistema. Apresenta um modelo ideal, ou seja, todos os componentes foram fabricados e montados para a realização dos testes. Propõe que a estratégia de controle seja baseada em processar sinais adquiridos ao longo do microposicionamento da ferramenta para identificar a condição de posicionamento relativo ferramenta/peça e obter informações que foram posteriormente usadas em um controlador PID, para realimentação de posição. Conclui com a avaliação e testes experimentais de deslocamento da ferramenta de corte, até 25 &#956m; com freqüência, até 10 Hz, realizados com o PFT projetado. / This work deals with the development of a tool post (PFT) for the micropositioning of a tool during ultraprecision machining in the nanometric range. Micropositioning employing piezoelectric actuators is defined. Precision engineering designs aspects applied to the development of the PFT are discussed. Control techniques such as PID and phase-lag compensator are addressed. A computer simulation for the verification of the vibrating modes of the PFT, with the simultaneous identification of the natural frequencies is carried out. An ideal model - all components will be manufactured and assembled - is presented. A control strategy based on the processing of signals acquired during the micropositioning of the tool to identify the positioning condition and to obtain information to be used by a PID controller is proposed. Experimental tests are performed with displacement of the tool, up to 25 &#956m, with frequency, up to 10 Hz.

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento do modelo de uma microturbina a gás do tipo split-shaft com sistema de controle por retro-alimentação. Uma revisão bibliográfica dos trabalhos sobre controle de turbinas a gás indicou que praticamente inexistem trabalhos focando este tipo de turbina. O modelo foi desenvolvido a partir da geometria básica da turbina, aplicando-se os fundamentamentos de termodinâmica, mecânica newtoniana e mecânica dos fluidos mencionando os usos da primeira lei da termodinâmica, teoria de momento angular e atrito viscoso entre outros. O trabalho descreve os componentes, materiais e controles que podem ser usados em uma turbina split-shaft. O modelo foi simulado primeiramente sem controle e posteriormente com controle. Através dos resultados da simulação do modelo sem controle puderam ser vistos fenômenos que podem ocorrer em um sistema desse tipo como picos de temperatura, influência de uma turbina sobre a outra e a variação de injeção de combustível devido à variação de pressão na câmara de combustão entre outros. Para o modelo controlado, foram testados os controles PI, PID, PI-D, I-PD e PI-PD com feedback negativo. A escolha dos parâmetros de cada controle foi determinada pelo método ITAE dentro de um intervalo para cada parâmetro. O controle escolhido foi o PI-D por seu melhor desempenho e maior simplicidade. O controle fez com que as temperaturas de pico abaixassem em relação ao sistema sem controle e a rotação do gerador de energia elétrica foi mantida com uma variação máxima menor que 1% em relação à rotação de referência. Uma modelagem foi feita para um sistema lubrificante seguindo os mesmos princípios da modelagem da turbina split-shaft. Usou-se fundamentos de mecânica newtoniana e mecânica dos fluidos, com o equacionamento da conservação da quantidade de movimento, perdas de pressão localizada e distribuída entre outros. O modelo foi simulado primeiramente sem controle e posteriormente com controle. Através do modelo sem controle viu-se os efeitos do aumento da perda de carga em um dos ramos do sistema e os efeitos de uma entrada de referência em degrau. Esses efeitos são as variações das perdas no sistema e a variação do fluxo nos ramos do sistema. Para o modelo controlado foram testados os controles PI e PI-D com feedback negativo. Utilizou-se o método ITAE dentro de um intervalo para escolha dos parâmetros. O controle escolhido foi o PI porque a diferença de desempenho não foi significativa e a parte derivativa poderia tornar o erro maior devido à forma como o sistema foi modelado. A variável de processo foi controlada e os efeitos da variação de perda de carga em um dos ramos do sistema pôde ser observada. Os modelos são constituídos de várias partes simples, cada qual pode ser substituída por um modelo mais preciso. Assim, a modelagem funciona como um guia, mostrando as partes principais do sistema e podendo fornecer dados para a elaboração de novos modelos. / The objective of the present work is the development of the model of a split-shaft micro gas turbine with feed back control system. A bibliographical review of the works on control of gas turbines indicated that there are very few works dealing this type of gas turbines. The model was developed starting from the basic geometry of the turbine and applying the fundamentals of thermodynamics, newtonian mechanics and fluid mechanics. The components, materials and controls which can be used in a split-shaft turbine are described. The model is simulated firstly without control and later with control. The results showed that, for the uncontrolled model, typical phenomena which may happen in this type of system are seen such as temperature peaks, influence of one turbine on the other and fuel injection variation due to combustion chamber pressure variation amongst others. For the controlled model, the controls PI, PID, PI-D, I-PD and PI-PD with negative feedback are tested. The parameters choice of each control is determined by the ITAE method within an interval for each parameter. The PI-D control was chosen for its best performance and simplicity. The control made the peak temperatures lower than the uncontrolled system and the electricity generator rotation error was kept under 1% with respect to the reference value. A modeling is done for a lubrification system following the same principles of the split-shaft turbine modeling. Conservation laws of mechanics and fluid mechanics are used, such as momentum conservation and energy conservation equations (pressure loss). The model is simulated firstly without control and later with control. For the uncontrolled model, the effects on increasing the head loss in one branch of the system and the effects for a step reference was showed. These effects are the variations of system losses and the flow variation in the system branches. For the controlled model, the PI and PI-D controls with negative feedback were tested. The parameters choice of each control is determined by the ITAE method within an interval for each parameter. The PI control was chosen because the performance difference was not significant and the derivative part could turn the error bigger due to the way the system was modelled. The process variable was controlled and the effects on the variation head loss in one of the system branches was observed. The models have many simple parts; each one can be replaced by a more complex one if necessary. Thus, the present modeling may be used as guide for future improvements.

Orientador: Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:48:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ReginaLuciadeAndradedos_M.pdf: 2611251 bytes, checksum: 3243445f76398670aa1390de96139a08 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Com o advento do sistema digital em rede (fieldbus) e a ampla divulgação das vantagens da utilização desta nova tecnologia aliada ao uso de instrumentos inteligentes, tornou-se inquestionável a melhora no desempenho e confiabilidade dos dados obtidos através deste sistema para o controle em novas plantas industriais ou em sistemas destinados à pesquisa tecnológica. Estratégias de controle clássicas, tais como o controle PID (proporcional ¿ integral ¿ derivativo), são largamente utilizadas no setor industrial devido à sua robustez e facilidade de implementação, embora limitações possam ser observadas quanto à adequação destes controladores às não-linearidades presentes nos sistemas reais. A utilização dos controladores adaptativos (baseados em parâmetros variáveis) permite tais adequações respeitando a dinâmica dos sistemas. Nas últimas décadas tem-se notado um significante aumento na aplicação da teoria de controladores avançados, entretanto, a sua utilização no setor produtivo ainda é incipiente. Apresenta-se, neste trabalho, uma automação híbrida alternativa para monitoramento, em tempo real, das variáveis de processo de um sistema para precipitação da enzima bromelina com supervisão, em tempo real, das condições do processo sob diferentes perturbações na carga, usando estratégia SISO em arquitetura de rede Fieldbus. Além disso, por se tratar de um bioprocesso, em batelada, as não linearidades e o aspecto essencialmente transiente da operação evidenciam a inevitável prioridade na aplicação dos controladores avançados, uma vez que os controladores convencionais possuem ação limitada neste tipo de sistema, garantindo a qualidade final da enzima obtida. Através dos resultados obtidos pôde-se comprovar a que ambos os controladores PID convencional e adaptativo tiveram um bom desempenho na manutenção da temperatura, porém houve um melhor desempenho com o PID adaptativo como foi observado pelos parâmetros de desempenho ITAE, overshoot e tempo de subida / Abstract: Fieldbus technology and intelligent sensors/actuators are increasingly being used in automated systems, opening up new possibilities for distributed control structures, mainly in new plants and research applications where is very important to have a flexible automation structure to different plant conditions with huge flow of information. Significant improvements have been seen in advanced controllers over the last years. However, linear PID controller is still applied extensively in industrial practice. The reason lies in its robustness and well-Known control design and implementation, although assumptions, simplifications, or lumping parameters are often made to build a mathematical model that may be far from the real situation. The behavior of most physical systems, especially bath systems, is nonlinear. Linear control may be effective for local operation, but is inadequate for controlling operations over a broad range. Adaptive controllers are nonlinear systems, which are commonly based on linear control theory. Despite many publications in the last decades illustrating advantages of adaptive controllers, this Kind of control is still not so common in industrial practice. One of reasons for the low incidence of application is relative difficulty to implement this controller. In this study, a comparative experimental design and tuning of conventional PID and adaptive PID controllers was developed for a pilot plant batch to precipitate of enzyme bromelain, using SISO strategy in fieldbus network architecture. The system was applied to the on line control of temperature of the extraction tank, involving a performance control analysis, under different load disturbances. From the results of this work, both controllers were considered suitable to control the temperature of the fedbatch tank. Nevertheless, the closed loop performance was improved under adaptive PID controller: the performance index ITAE, the overshoot and the rise time decreased. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T17:52:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pilotto_Rafael_M.pdf: 4691143 bytes, checksum: 8c6f267d72179ac9f88041489c3da8b5 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O uso de atuadores magnéticos para redução de vibrações visa substituir, em algumas ocasiões, os mancais magnéticos, uma vez que o atuador magnético envolve requisitos de projeto de menor complexidade em sua configuração. O presente trabalho consiste em avaliar como um atuador magnético se comporta ao controlar as vibrações em uma viga flexível de material metálico, bi-engastada, modelada computacionalmente, utilizando o método dos elementos finitos. O atuador magnético é inserido no modelo, utilizando a teoria de eletromagnetismo, assim como os componentes: amplificador de corrente, sensor de posição indutivo e um controlador PID (proporcional-integrador-derivativo). No modelo computacional, o atuador e o sensor de posição são posicionados em diferentes nós, com o propósito de estudar a eficácia do sistema atuador-controlador-sensor em função da sua posição ao longo da viga. Os parâmetros do controlador PID foram obtidos utilizando o método de otimização de Ziegler-Nichols, para as posições observadas do sistema atuador-sensor, e a técnica LPV (Linear Parameter Varying ¿ Variação Linear de Parâmetros) foi então aplicada para o desdobramento desses parâmetros como uma função do comprimento da viga. Para a validação experimental, foram utilizados dois dispositivos para a excitação externa da viga: um equipamento eletromecânico, denominado Shaker, que gerou ondas senoidais nas frequências naturais do sistema, com o propósito de verificar o comportamento do conjunto atuador/controlador em condições críticas, e um martelo de impacto, que excitou a viga através de um impulso único, o qual permitiu obter a dissipação de energia na viga em função do tempo decorrido até o amortecimento completo da resposta transiente. Assim, foram realizadas comparações entre os resultados obtidos a partir do modelo por elementos finitos e as análises realizadas sobre as medições na bancada experimental. Pode-se também observar o comportamento do atuador magnético, no que concerne ao controle de vibrações, em função de seu posicionamento ao longo da viga flexível / Abstract: The use of magnetic actuators for vibration reduction aims to substitute, in some occasions, the magnetic bearings, since the magnetic actuator involves less complex project requirements in its configuration. The present study consists of evaluating how a magnetic actuator behaves while controlling vibration in a flexible metallic beam, modeled using the finite elements method. The magnetic actuator is inserted into the model utilizing electromagnetic theory. Other components are added to the model through the theory of control of mechanical systems, such as: current amplifier, inductive position sensor and a PID controller (Proportional-Integral-Derivative). The actuator and the sensor are placed in different nodes in the computational model, in order to study the effectiveness of the actuator-controller-sensor system depending on its positioning in the beam. The parameters of the PID controller for the entire length of the beam were obtained using the Ziegler-Nichols optimization method for the locations of the beam where the actuator-sensor system was positioned and the LPV (Linear Parameter Varying) technique was applied to the unfolding of these parameters as a function of the beam length. For the experimental validation, two devices were used to act as an external excitation in the beam, an electromechanical equipment called Shaker, which generated sinusoidal waves in the natural frequencies of the system, in order to verify the behavior of the actuator/controller in critical conditions, and a modal hammer that excited the beam through a single impulse, which allowed the energy dissipation to be measured as a function of the time period until the complete damping of the transient response. Thus, the results obtained from the finite elements model were compared with the experimental analysis on the test rig. Moreover, the behavior of the magnetic actuator in vibration control is evaluated regarding its position alongside the flexible beam / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Thema dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung und Implementierung einer Gimbalsteuerung für den Einsatz an einem Micro Air Vehicle. Ziel ist es,diese kardanische Aufhängung nach einem,von einer Kamer erfassten Objekt auszurichten, so dass dieses im Mittelpunkt der Aufnahme abgebildet wird. Dabei soll das unbemannte Flugobjekt jegliche Bewegungen ausführen können, ohne das verfolgte Objekt zu verlieren. Die Regelung erfolgt mithilfe der Implementation eines PID- Controllers, der sich für diese Zwecke hervorragend eignet,da er wenig Ressourcen benötigt und eine leistungsfähige Steuerung darstellt. Diese Entwicklung wird im Rahmen des 'Automated Power Line Inspection' (APOLI) Projektes genutzt um Isolatoren an Hochspannungsmasten automatisiert inspizieren zu können.

In Scania’s single speed engines for industrial and marine use, the engine speed is controlled by a PI-controller. This controller is tuned independent of engine type and application. This brings certain disadvantages since the engines are used in a wide range of applications where the dynamics may differ. In this thesis, the possibility to tune the controller automatically for a specific engine installation has been investigated. The work shows that automatic tuning is possible. By performing an identification experiment on the engine, the parameters in a first order model describing the dynamics of the engine and the load aggregate are determined. The control parameters are then determined as functions of the model parameters. Measurements on a generator set show that the proposed method provides a controller which is able to follow changes in the reference value, and to compensate for load disturbances. / I Scania’s envarvsmotorer för industri- och marin-bruk regleras varvtalet av en PI-regulator. Denna regulator är inställd oberoende av motortyp och applikation. Detta medför vissa nackdelar då motorerna används i flera olika typer av applikationer där dynamiken kan variera. I detta arbete har det undersökts huruvida det är möjligt att automatiskt ställa in parametrarna i en PID-regulator för en enskild motorinstallation. Arbetet visar att automatisk inställning är möjlig. Genom att göra ett identifieringsexperiment på motorn bestäms parametrarna i en första ordningens modell som beskriver dynamiken för den aktuella konfigurationen av motor och belastande aggregat. Därefter bestäms regulatorparametrarna som funktion av modellparametrarna. Mätningar på ett generatoraggregat visar att man med hjälp av den föreslagna metoden erhåller en inställning av regulatorn som både klarar av att följa börvärdesförändringar och kompensera för laststörningar.

The friction between the under-head of a bolt and the mounting surface affects the necessary torque from a tightening tool. To study the friction behaviour during a highly dynamic tightening process, a Pin-on-Disc testrig has been developed. In this thesis the implications of adding model following control to already well tuned PID controllers of the pin and disc actuation have been compared and evaluated. The results show that adding model following control improves the set point tracking of both the pin and disc without considerably increasing the overshoot. It also shows the importance of having a good mathematical model of the system to be controlled, in order for the model following control to be effective and maintain the same robustness. / Friktionen som uppstår mellan undersidan av en bult och monteringsytan påverkar hur stort vridmoment som behövs under en åtdragningsprocess. För att kunna studera hur friktionen varierar under olika åtdragningsförhållanden har en pinne-skiva testrigg utvecklats. I det här examensarbetet undersöks och jämförs konsekvenserna av att lägga till modell baserad styrning till ett befintligt PID reglersystem, för både pinnen och disken. Resultatet visar att om man lägger till modell baserad styrning så förbättras spårningen av referensen. Detta utan att märkbart överskjuta referensen. Det påvisas även hur viktigt det är att ha en bra matematiskt modell av systemet som ska kontrolleras, för att den modell baserade styrningen ska vara effektiv och bibehålla samma robusthet.

This bachelor’s thesis aimed to create a self balancing monowheel, a vehicle type consisting of one wheel, using a PID controller. The wheel is equipped with an accelerometer to gather data about the tilt of the construction, which is then filtered using a Kalman filter. A DC motor is propelling the monowheel forward whereas a stepper motor with a battery pack attached will actively balance the wheel with the help of a PID-controller. This method of balancing had limited success allowing the vehicle to travel for up to 7 seconds before falling over, compared with up to 4 seconds with no balancing implemented. / Detta kandidatexamensarbete har målet att skapa ett självbalanserandehjul med hjälp av en PID kontroller tillsammans med en accelerometer vars utsignal filtreras med ett kalman filter. En DC motor driver hjulet frammåt medan en stepper motor med ett batteripack fastsattär den rörliga vikten som balanserar konstruktionen. PID metoden lyckades balansera upp till 7 sekunder vilket är en marginell ökning jämfört med upp till 4 sekunder helt utan aktiv balansering.

Utilização de experimentos com relés para identificação de pontos da resposta em freqüência de sistemas multivariáveis quadrados e sintonia de controladores PID descentralizados. / It use relay experiments for square multivariable system frequency response and decentralized PID controller tunning.

Utilização de experimentos com relés para identificação de pontos da resposta em freqüência de sistemas multivariáveis quadrados e sintonia de controladores PID descentralizados. / It use relay experiments for square multivariable system frequency response and decentralized PID controller tunning.