O presente trabalho tem por objetivo a implementação de algoritmos de controle do tipo PID com sintonia automática de seus parâmetros para controle de processos térmicos de primeira ordem mais tempo morto. Existe um grande número de métodos para a sintonia automática, os quais requerem informações variadas sobre o processo. A sintonia automática dos parâmetros do controlador escolhida para implementação é baseada no método da realimentação a relê que utiliza o ganho estático e o período e amplitude críticos do processo e pode ser facilmente adotada na indústria. Este método foi implementado em um controlador industrial microprocessado que utiliza um microcontrolador da família 8051. A correta identificação dos parâmetros críticos do processo presume a geração de oscilações simétricas durante a realimentação a relê. O algoritmo de sintonia automática desenvolvido inclui correção em tempo real da amplitude do relê para evitar identificação falsa de um ciclo da oscilação e da assimetria na saída do processo durante a realimentação a relê. A implementação do algoritmo é simples e direta em termos de programação no ambiente de microcontroladores mesmo em linguagem de baixo nível (assembly). São apresentados resultados de simulação e os resultados experimentais realizados em um aparelho industrial comercial. / The objective of this work is the implementation of a PID control algorithm with auto-tuning for a thermal first order process plus dead-time. There is a number of methods for the auto-tuning of PID controllers which require different information on the process. The auto-tuning algorithm is implemented in a industrial controller based on the 8051 microcontroller family. The auto-tuning method considered for implementation is based on the relay feedback procedure which require the process steady state gain and the ultimate point on the Nyquist plot and can be easily adopted by industry. The method is also suited for pre-tuning adaptive controllers. The auto-tuning method used assume symmetrical oscillations during the relay feedback experiment to render the correct ultimate point on the Nyquist plot The proposed auto-tuning algorithm includes on-line correction for asymmetry oscillation and relay amplitude to avoid false capture of the limit cycle. The symmetrical oscillations are ensured by a DC bias signal added to the relay output. The algorithm is simply and straight to be written in a microcontroller programming language. Experimental results accomplished in a industrial PID auto-tuner are presented.

O presente trabalho pretende identificar o modelo ideal para um regulador eletrônico de velocidade por comutação de cargas de controle, com o intuito de baratear o investimento de implantação, e os custos de manutenção de uma microcentral hidroelétrica. Seguindo este mesmo objetivo de barateamento de custos, o trabalho mostra também que é possível se encontrar um tipo de turbina hidráulica e um tipo de máquina elétrica ideais para esta utilização. O trabalho faz a descrição dos vários tipos de turbinas utilizadas de acordo com as alturas de queda d\'agua e com as vazões que se enquadram dentro do conceito de microcentral. A seguir é abordado um estudo dos principais tipos de geradores elétricos, enfatizando-se aqueles que são mais viáveis para este tipo de aplicação. Depois é feita um descrição dos principais tipos de reguladores de velocidade, desde os clássicos eletromecânicos utilizados em centrais convencionais, até os chamados reguladores eletrônicos de velocidade que são utilizados tanto em centrais convencionais, como em microcentrais. Finalmente, faz-se um modelo matemático para uma microcentral a partir de simplificações de um modelo de uma central convencional para compará-lo com modelo identificado a partir dos ensaios realizados em campo. / This present work deals with micro hydropower electric systems and has its enphasis on the study of the turbine speed regulation by a electronic system. The proposed speed regulator is of local commutation type, where the constant speed is achieved by the constant demand of energy from the generator. The study presents a bibliographical revision seting up the state of art on micro-hydropower. Following this revision, the system modelling is studied. Theoretical and practical results are used the system modelling. Substancial cost reduction may be achieved using this technology in many ways: civil engineering works; elimination of the conventional turbine speed governor - not only because the governor is itself an expensive item, but because its removal permits simplification of the turbine, particularly where high efficiency is not a dominant concern. The simplified turbine design may lend itself to large-volume production at low unit cost, or it may permit manufacture in a Third World workshop using local labour and readily available materials. Finnaly this work implements a PID controller for regulation the system frequency.

Por décadas, a qualidade de produtos é determinada por testes em ambientes de laboratório, como testes de acelerados de vibração, ciclagem térmica, choque mecânicos ou térmicos, entre outros. Porém, mais recentemente um novo tipo de técnica tem adquirido a confiança de pesquisadores e projetistas. As técnicas conhecidas como HALT (Highly Accelerated Life Testing) e HASS (Highly Accelerated Stress Screening), ou seja, testes acelerados e amplificados que submetem produtos a condições severas, têm mostrado sua importância e eficiência no âmbito da detecção de falha em produtos ainda na fase de produção. Este trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de controle baseado em métodos heurísticos para ser usado em ensaios acelerados usando um Shaker eletrodinâmico. Este controlador deve ser robusto o suficiente para se adequar a possíveis efeitos de ressonância do shaker que podem vir a alterar a dinâmica do sistema, inviabilizando controles tradicionais com parâmetros fixos. Os resultados obtidos através de vários ensaios mostraram que ambos os sistemas de controle são eficientes, pois o erro entre o sinal desejado (tensão mecânica ou aceleração) e os medidos experimentalmente, tendem rapidamente a zero não apresentando sobressinais consideráveis ou erro em regime permanente, tanto para frequência fixa quanto para varredura de frequência. A comparação entre o controlador tradicional PID e o controle heurístico baseado em Lógica Fuzzy, que foram aplicados no shaker eletrodinâmico, comprova que, para mudanças na amplitude do sistema, o controle Fuzzy apresentou menor sobressinal, o que é mais favorável do ponto de vista mecânico. Logo, a metodologia proposta pode ser aplicada para ensaios HALT/HASS com o intuito de obter grandes vibrações e, por conseguinte tensões, para identificar possíveis falhas de projeto e então, poder corrigi-las. / For decades, product quality is determined by environmental tests, such as accelerated vibration tests, thermal cycling, mechanical or thermal shock, and others. However, more recently a new type of test has gained the trust of researchers and designers. Known techniques such as HALT (Highly Accelerated Life Testing) and HASS (Highly Accelerated Stress Screening), or accelerated and amplified testing that submit products to severe conditions have shown their importance in the efficiency and fault detection in products still in production phase. This study aims to develop and implement a control algorithm based on heuristic methods in order to be used in a system of accelerated tests in an electrodynamic shaker. This controller must be robust enough to fit the resonance effects of the shaker that it can change the system dynamic, invalidating traditional controls with fixed parameters. The results obtained through tests showed both control systems are efficient, because the error between desired signal (mechanical stress and acceleration) and the experimentally measured tend rapidly to zero, there aren’t overshoots or steady state errors, both for constant frequency and for sweep frequency. Comparing the PID traditional control and the Logic Fuzzy control, applied in electrodynamic shaker, we proved that to change system amplitude, the fuzzy control presented lower overshoot, that is favorable from the standpoint of mechanical. Therefore, the methodology proposed can be applied to HALT/HASS tests in order to obtain large vibrations and, consequently stress, to identify possible flaws in the design and correct them.

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T09:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spengler_AndersonWedderhoff_M.pdf: 5622371 bytes, checksum: dd49f965749d4c55fa19542a3a801d9c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação aborda o projeto de um sistema de caracterização de sensores baseados em fibras ópticas para alta-tensão. O sistema é formado por dois módulos principais, um relacionado com a câmara térmica e outro relativo à alta-tensão. O desenvolvimento do sistema deve-se basicamente às necessidades de personalização e precisão para a caracterização dos sensores e outras aplicações. A câmara climática tem seu projeto eletrônico e mecânico descritos, com ênfase na utilização de módulos termoelétricos, nos controladores proporcional-integral-derivativos utilizados e os parâmetros de sintonia encontrados. Foi feito o estudo da configuração que utiliza dois módulos termoelétricos em série, apontando as vantagens e desvantagens desta configuração. A faixa de temperatura para a câmara obtida é de 0 ºC até 70 ºC, com erro ±0,1 ºC semelhantes às câmaras climáticas comerciais. Há a proposta de um circuito gerador e analisador de ondas arbitrárias de alta-tensão, e ensaios com um sistema semelhante ao proposto para tensões de até 15 kV, para validação do método de eliminação de harmônicas proposto nesta dissertação, obtendo resultados de THD da ordem de 0,04%, valor este limitado pela definição do analisador de sinais / Abstract: This work discusses the project of a characterization system fiber optics based sensors for high-voltage. The system consists of two main modules, one related to the thermal chamber and another on high-voltage part. The system development was mainly due to the needs of customization and precision for the characterization of sensors and other applications. The thermal chamber has its electronic and mechanical design described, with emphasis on the use of thermoelectric modules, the proportional-integral-derivative controllers and their tuning parameters. A study was conducted on the configuration that uses two thermoelectric modules in series, showing the advantages and disadvantages of this configuration. The obtained temperature range for the chamber was 0°C to 70 °C with ± 0.1 °C error, similar to the commercial chambers. There is a proposal for a circuit for arbitrary high voltage wave generator and analyzer, and tests with one system similar to that proposed for voltages up to 15kV, to validate a harmonics eliminator method, obtaining results of THD about 0.04% which is limited by the definition of signal analyzer / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Nelson Luis Cappelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-15T04:46:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meneghetti_CarlosRenato_M.pdf: 4445768 bytes, checksum: a3c2a319a93fba495d07caeaf1673046 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O armazenamento de produtos perecíveis em sistemas refrigerados permite conservar por mais tempo sua qualidade para consumo, atender a padrões mais rígidos de qualidade, prolongar a vida de prateleira, e muitas vezes alcançar mercados antes inalcançáveis, principalmente para exportação. Além dos fatores de conservação, a redução de custos nos insumos permite a concorrência por menores preços. Na refrigeração, um importante insumo é a energia elétrica, reduzir seu custo significa mais competitividade. Portanto, neste trabalho, estuda-se a possibilidade de reduzir o consumo de energia elétrica num sistema de refrigeração, originalmente concebido para regime de rotação fixa do compressor, quando submetido a um regime de rotação variável. Para tal investigação, utilizam-se simulações de modelos matemáticos. Fez-se necessário identificar cada parte do sistema dinâmico; construir o modelo matemático; estudar as estratégias de controle mais adequadas, tanto em função do consumo de energia, quanto em relação a estabilidade das variáveis controladas em regime permanente; discutir os aspectos relevantes para a implementação dos sistemas de controle e classificar as estratégias de controle quanto ao consumo de energia e viabilidade de implementação. O sistema de refrigeração foi identificado e concebido num modelo matemático de múltiplas entradas e múltiplas saídas. Nas simulações foram implementados controle de temperatura liga-desliga, controlador PID e controle fuzzy. Buscou-se com os controles maior estabilidade de temperatura, o menor erro em regime permanente e o menor consumo de energia elétrica. Quanto a estabilidade de temperatura e erro em regime, tanto o PID quanto o fuzzy obtiveram desempenho satisfatório, com respectivamente Imse=0,0019 e Imse=0,46485, comparados ao liga-desliga com Imse=0,5813. Apenas o controle fuzzy obteve economia no consumo de energia elétrica, chegando a redução de 5,4% quando comparado aos demais / Abstract: The storage of perishable products in refrigerated systems lets people maintain even more the quality for consume, fulfill the most inflexible patterns of quality, lengthen the shelf life, and many times reach markets that were unreachable, mainly for exportation. Besides quality, there is a competition for lower prices, and it is esteemed then, among others, the reducing in costs of the raw materials. Talking about refrigeration, an important raw material is electric energy, so reduce its cost means to be more competitive. So, in this work, it is experimented the possibility of reducing the consumption of electric energy in a refrigeration system originally conceived for method of fixed rotation of the compressor when submitted to the system of changeable rotation. To this searching, in this work simulations of mathematical models are used. So it was necessary to identify each part of the dynamic system; to build a mathematical model; to study the more appropriate strategies of controlling, as much related to the consumption of energy, as in relation to the stability of the variables controlled when they are under steady state; to discuss the significant aspects to the execution of the control systems and to classify the control strategies according to the consumption of energy and the viability of execution. The refrigeration system was identified and conceived in a mathematical model of multiple inputs and outputs. In the simulations, control of temperature with on-off , PID and fuzzy control were executed. It sought through the controls a higher stability in temperature, the smaller error in steady state and the lower consumption of electric energy. As for stability in temperature, as much the PID as the fuzzy had a satisfactory performance, with respectively IMSE=0,0019 and IMSE=0,46485 compared to the on-off with IMSE=0,5813; as for the error in steady state the control PID got better results; as for the decreasing in the consumption of electric energy, only the fuzzy control has got economy, reaching reductions of 5,4%, in comparison with the other ones / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Flavio Vasconcelos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carulo_MarcelleFernanda_D.pdf: 2245621 bytes, checksum: 8f61c0294f8869a9c447fc5eaf81d6b7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A crescente utilização do biodiesel como combustível renovável e, principalmente, as situações de operação transiente, de característica complexa e não-linear, motivaram a implementação de um controlador digital avançado neste processo. O controlador avançado foi implementado em computador através de um sistema de comunicação digital, visando manter a temperatura da mistura reacional em 50 °C. A temperatura é uma variável importante deste processo devido à influência direta na taxa de conversão do óleo em biodiesel. Óleo de soja foi utilizado como fonte de ácidos graxos, além do uso do álcool etílico anidro e ácido sulfúrico como reagentes. A reação química foi acompanhada durante 1 hora de batelada visando assegurar uma boa conversão do óleo (acima de 90%). Neste trabalho, além do controlador avançado também foi implementado o controlador PID. Os parâmetros de sintonia do controlador PID foram obtidos em malha aberta e auxiliaram a sintonia do controlador fuzzy. Durante a etapa de sintonia fina do controlador fuzzy foram alteradas as funções de pertinência, o universo de discurso e a base de regras. A implementação do controlador fuzzy apresentou-se como uma ferramenta apropriada para o controle da temperatura reacional devido às complexidades advindas das variações dos parâmetros deste processo. A análise comparativa do desempenho dos controladores fuzzy e PID aplicados à produção de biodiesel comprovaram isso. O uso do controlador fuzzy reduziu o consumo de energia elétrica durante a batelada em 10% quando comparado ao parâmetro obtido para o controlador PID e também reduziu o tempo necessário para atingir a máxima conversão do óleo em biodiesel em 15 min / Abstract: The increasing use of biodiesel as a renewable fuel, and mainly because of their nonlinearity and time varying properties this work aimed the implementation and the development of an automation system based in fuzzy logic. In this work, the fuzzy controller is applied in the maintenance of the temperature of bulk at 50?C, using digital system. The control of the temperature in this process is important to guarantee the final quality of biodiesel. Soybean oil was used like source of fatty acids, ethanol and sulfuric acid were used like reagents. This reaction occured during an hour to can achieved high conversion (above 90%). The PID controller tuning parameters were obtained via open-loop experiments. The tuning the fuzzy controller can be achieved by modifying the rules, the discurse universe and the pertinence functions. Due the complexity and the nonlinearity of this reaction, the results of this study showed the effectiveness of fuzzy controller. The fuzzy controller reduced the energy consumption (10% smaller) and the batch time (15 min smaller) when compared to a PID controller / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

A presente proposta de estudo refere-se à identificação de modelo linear empírico para processo de transferência de oxigênio das bolhas de ar para o meio líquido, simulação para testes de controle e implementação de uma estratégia de controle em escala laboratorial em tempo real. Os ensaios de controle foram na unidade experimental (canal aberto) existente no laboratório de hidráulica ambiental o qual foi adaptado para aeração com sensores, atuadores, microcomputador, interface AD/DA. Foi testado o algoritmo de controle do tipo convencional PID (Proportional Integral Derivative control). Com os resultados obtidos da perturbação degrau na variável de entrada (alimentação do ar) foi possível identificar o sistema como um modelo de primeira ordem, suficiente para os propósitos de controle. Baseado na identificação, foi ajustado um controlador PID para implementação experimental. A principal contribuição desta pesquisa consistiu no emprego de uma estratégia de controle adequada na prática, ao processo de aeração. / The current study refers to the identification of an empirical linear model for the oxygen transfer process from air bubbles to liquid, control tests simulation and implementation of a control strategy at real time in laboratory scale. The control tests were carried out at the experimental unit (open channel) located at the environmental hydraulic laboratory which was adapted to aeration process with sensors, actuators, microcomputer, AD/DA interface. The classic PID (Proportional Integral Derivative control) algorithm was tested. With results from step response of input variable (air feeding) it was possible to identify the system as a first order model, enough for the control purposes. Based on the identification, a PID controller was adjusted for the experimental implementation. The main contribution of this work consisted of the employment of an appropriate control strategy to the aeration process in practice.

Este trabalho apresenta todo um projeto de um sistema de supervisão e controle de um trocador de calor, desde os ensaios experimentais para a elaboração de um modelo matemático até a implementação do sistema de controle e supervisão em microcomputador. O sistema implementado consiste de um software didático e um sistema de aquisição de dados que irão realizar a supervisão e controle de um trocador de calor tipo casco e tubos. Neste software didático é possível implementar o controle PID e suas variações PI-D e I-PD além de permitir a implementação do sistema de controle adaptativo estrutura gain scheduling o qual muda os parâmetros de um controle PID de acordo com a mudança da dinâmica do trocador de calor. Como o trocador de calor apresenta um tempo morto em sua dinâmica, então optou-se por adicionar ao software didático um controle com algoritmo preditivo estrutura Preditor de Smith desta forma é possível realizar ensaios com e sem o algoritmo preditivo para uma comparação de resultados. Este sistema de supervisão e controle do trocador de calor poderá ser usado como ferramenta didática para alunos de diversos cursos, onde é possível realizar ensaios de diferentes estruturas de controle para posterior comparação e estudo de seus resultados. Resultados práticos de todas as estruturas de controle que o software implementa são apresentados e comparados neste trabalho. / This work presents thorough a supervision and control system project of a heat exchanger, from the experimental tests for the mathematical model rising to the control system implementation and supervision in a microcomputer. The implemented system consists of didactic software and a data acquisition system that will perform the supervision and control of a heat exchanger shell and tube type. In this didactic software it is possible to implement the PID control and its variations PI-D and I-PD besides allowing the implementation of the adaptive control system gain scheduling structure, which changes the PID control parameters according to the changes of the heat exchanger dynamics. As the heat exchanger presents dead time on its dynamics, it was opted to add to the didactic software a control with Smith Predictor structure predictive algorithm, thus it is possible to perform tests with and without the predictive algorithm for result comparison. This supervision and control system of the heat exchanger will be able to be used as a didactic tool for students from several courses, where it is possible to perform tests with different control structures to further comparison and study of its results. Pratical results of all the control structures that the software implements are presented and compared in this work.

O sistema de controle por alocação dos pólos com filtro foi utilizado para controlar a atitude de um modelo de veículo lançador de satélites. Com este intuito, foram confeccionados um modelo e uma base de fixação que permite a movimentação nos três graus de liberdade. Utilizando a resposta à entrada degrau em conjunto com um sistema de controle PID obtido de forma empírica para estabilizar o sistema, as características da planta foram identificadas e então o sistema de controle por alocação de pólos foi projetado. Este sistema apresentou uma oscilação em torno da referência com amplitude menor do que 0,5° e tempo de pico para a entrada degrau na ordem de 2,17 segundos. Um segundo controlador PID foi projetado de forma analítica para se obter uma referência, porém apresentou resposta com características inferiores ao controlador por alocação de pólos. Os dois sistemas de controle projetados conseguem manter o modelo estável mesmo quando um dos motores é desligado. / Pole placement control system with filter was implemented to control the attitude of a satellite launch vehicle model. With this purpose, a model and a fixing base with three degrees of freedom was made. Utilizing the system response to step input with PID controller empirically designed to stabilize the system, the model characteristics were identified and the pole placement control system was designed. This system oscillated around the reference with amplitude smaller than 0.5° and peak time around 2.17 seconds. Another PID controller was designed analytically for reference, however the pole placement controller had better response characteristics than the PID controller. Both controllers can stabilize the system even when one engine is shut off.

Neste trabalho, a automação de um sistema de pulverização a taxa variada com injeção direta é apresentado. A automação do sistema de pulverização montado em uma bancada laboratorial estática foi baseado em um controlador programável com capacidade de tempo real. Os sistemas de pulverização com injeção direta possibilitam o uso de diferentes agroquímicos em uma mesma aplicação, e adicionalmente reduzem os impactos toxicológico e ambiental relacionados com o preparo e descarte da mistura de agroquímico e água. A automação deste sistema envolve o desenvolvimento de placas de interface, a modelagem do pulverizador e o controle das vazões. Um ambiente de simulação baseado no LabVIEW permitiu que os códigos fonte e as rotinas desenvolvidas fossem utilizadas diretamente no controlador programável, exigindo pouca ou nenhuma modificação. Para regular a vazão de injeção do agroquímico, que é dada por uma bomba de pistão, é utilizado um controlador proporcional-integral (PI). Já para regular a vazão da mistura de agroquímico e água, que é dada por uma válvula de controle proporcional de três vias, são implementados dois controladores: um controlador proporcional-integral-derivativo (PID) e um controlador adaptativo do tipo PID fuzzy por escalonamento de ganho. O desempenho dos controladores implementados são analisados via os resultados do erro de aplicação e das vazões. / In this work, the automation of a direct injection sprayer system for variable rate application of agrochemicals is presented. The automation of the sprayer system assembled on a laboratory static bench is based on a programmable controller with real time capabilities. Variable rate sprayer with direct injection systems allow multiple agrochemical application and additionally reduces the toxicologic and environmental risks associated with the carrier-agrochemical mix preparation and discard. The automation of this system comprises the development of interface boards, the sprayer modeling and the control of flow rates. Using a simulation environment based on LabVIEW, the developed source code and routines could be implemented directly in the programmable controller, requiring few or no changes. For the injection flow rate, which is set by a piston pump, a proportional-integral (PI) controller is used. And, to regulate the carrier-agrochemical mix flow rate, which is set by a three-way proportional control valve, two controllers are used: a proportional-integral-derivative (PID) controller and a fuzzy gain scheduling of PID controller. The performance of the implemented controllers is analyzed via the flow rates and the application error results.