Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339046.pdf: 4955624 bytes, checksum: 91d575942e56dfaa911e0177c061e1c3 (MD5) Previous issue date: 2015 / O Laboratório Experimental de Escoamento Multifásico (LEEM) do Departamento de Automação e Sistemas tem por objetivos: (i) o estudo dos escoamentos multifásicos aplicados à indústria do petróleo; (ii) o desenvolvimento de medidores de vazão multifásicos para a indústria do petróleo; (iii) o desenvolvimento de novas técnicas de controle de escoamentos multifásicos (supressão de golfadas, estabilização de regimes de escoamento, etc.); (iv) o desenvolvimento de novas técnicas de separação em linha de fluidos multifásicos. O LEEM conta com uma Unidade de Experimentação de Escoamentos Multifásicos (UEEM) e com uma sala de medição para testes de protótipos de medição e controle.A UEEM permite basicamente misturar vazões controladas de água, óleo inerte e ar comprimido previamente medidas com precisão. O fluído misturado é conduzido para uma área de ensaios onde podem ser testados diferentes protótipos, assim como medidores comerciais, de vazão monofásica, bifásica ou multifásica. A mistura multifásica passa pela área de testes e retorna ao separador que opera a pressão atmosférica. A planta conta com um sistema de aquisição de dados que permite adquirir dados dos instrumentos de medida de cada fração bem como aqueles do sensor sendo investigado. O objetivo principal deste trabalho consiste na automação da operação de uma unidade de experimentação de laboratório (UEEM). Em particular, (i) desenvolver sistemas de controle via rede; (ii) de instrumentação e de segurança; (iii) de automação da operação de ensaios e testes desta unidade. Para a automação da unidade aplicou-se a tecnologia de redes FOUNDATION Fieldbus (FF), uma rede interoperável com controle distribuído em campo e manutenção simples. Este trabalho mostra na prática e de forma detalhada a execução de todas as camadas da pirâmide da tecnologia FOUNDATION Fieldbus, enfatizando as suas funcionalidades, vantagens e desvantagens. <br> / Abstract : The Experimental Laboratory of Multiphase Flow (LEEM) of the Department of Automation and Systems aims to: (i) the study of multiphase flow applied to the petroleum industry; (ii) the development of multiphase flow meters for the oil industry; (iii) development of new multiphase flow control techniques (slugs, stabilizing flow regimes, etc.); (iv) the development of new techniques for separation of multiphase fluid line. The LEEM has an Experimentation Unit of Multiphase Flows (UEEM) and a measuring room for measurement and control prototype testing.The UEEM basically allows controlled mixing of water flows, inert oil and compressed air previously measured accurately. The mixed fluid is conducted to an area where testing different prototypes can be tested, as well as commercial meters, the flow monophasic, biphasic or multiphasic. The multiphase mixture passes through the testing area and returns to the separator which operates at atmospheric pressure. The plant comprises a data acquisition system that enables acquiring data of the measuring instruments of each fraction as well as those of the sensor being investigated. The aim of this work is the automation of the operation of a laboratory experiment unit (UEEM). In particular, (i) develop networked control systems; (ii) of instrumentation and safety; (iii) automation of the testing operation and testing of the unit.The FOUNDATION Fieldbus technology (FF), an interoperable network with distributed control in the field and simple maintenance, has been applied to the experimental unit. This work shows in practice and in detail the implementation of all the pyramid layers of FOUNDATION Fieldbus technology, emphasizing their features, advantages and disadvantages.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:55:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339439.pdf: 2591225 bytes, checksum: 28846e10881c1ec7357d34d37a38f3c8 (MD5) Previous issue date: 2016 / Em sistemas multiagentes abertos dotados de sistemas normativos é necessário que os agentes sejam capazes de deliberar sobre as normas do sistema e seus desejos pessoais. Considerando que os agentes normativos têm recursos limitados, é necessário raciocinar também sobre os recursos disponíveis e se eles são suficientes para alcançar o objetivo implicado por uma norma. Nesta direção, o objetivo principal da tese é desenvolver uma arquitetura e um processo de raciocínio que juntos são capazes de deliberar sobre normas e desejos, levando em consideração os recursos finitos. Para atingir esse objetivo, o conceito de ânimo (THAYER, 1989) foi tomado como ponto de partida para propor uma arquitetura capaz de representar as informações necessárias para o agente deliberar sobre as normas e desejos. O processo de deliberação proposto mapeia essas informações em um problema de programação inteira mista e através de um solver obtém o conjunto de desejos e normas, que produz o melhor benefício ao agente. Como cenário de aplicação dos conceitos estabelecidos nessa tese, foi desenvolvido o planejamento de trajetória on-line para um veículo aéreo não tripulado. Conferindo a este autonomia para deliberar sobre as rotas a serem percorridas. Os resultados obtidos nessa tese são: uma arquitetura de agente capaz de raciocinar sobre normas e desejos considerando recursos limitados e uma implementação da arquitetura proposta.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338944.pdf: 2161265 bytes, checksum: 854828f3cdb1d474ddf4a5709211b1f7 (MD5) Previous issue date: 2015 / A utilização de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (T-S) tem sido extensivamente investigada no decorrer das últimas décadas, principalmente por propiciarem o desenvolvimento de metodologias de projeto de sistemas de controle não lineares que possuem caráter sistemático e solução numérica, fazendo-se uso de propriedades inerentes como a de aproximação universal e/ou de convexidade dos modelos. Nota-se, entretanto, que as técnicas de modelagem fuzzy T-S atuais, em geral, garantem a convexidade do modelo e/ou a sua precisão de representação somente para uma determinada região do espaço de estados. Desta forma, para estratégias de controle baseadas em propriedades de convexidade, a estabilidade do sistema de malha fechada formado pelo sistema não linear realimentado pela lei de controle fuzzy deve ser estudada no contexto de estabilidade local, sendo fundamental a determinação de regiões de estabilidade para o sistema de malha fechada. Esta importante característica dos modelos fuzzy T-S raramente é considerada na literatura, podendo implicar em perda de desempenho e até mesmo instabilidade do sistema em malha fechada. Outro problema inerente à utilização de modelos fuzzy T-S diz respeito ao aumento exponencial de complexidade do modelo com o número de não linearidades presentes no sistema, principalmente quando se busca descrever de forma exata a dinâmica do sistema a controlar, o que implica no aumento da complexidade numérica dos algoritmos para análise e projeto, assim como do aumento da complexidade de implementação de leis de controle. Neste contexto, esta tese busca evidenciar a importância da consideração da validade regional dos modelos fuzzy de tipo T-S para o desenvolvimento de ferramentas de análise e síntese de sistemas de controle não lineares, assim como considerar outras restrições físicas presentes no sistema de controle como limites nos atuadores, e discutir a problemática associada à complexidade dos modelos fuzzy T-S. Um método de modelagem baseado no uso de regras não lineares locais é desenvolvido permitindo, além de uma representação compacta e precisa da planta não linear original, o tratamento do problema de projeto de controladores dinâmicos por realimentação de saídas na presença de não linearidades dependentes de estados não mensuráveis do sistema. Utilizando-se funções de Lyapunov fuzzy (FLF), são desenvolvidas condições de estabilidade e estabilização para o sistema em malha fechada que podem ser verificadas em termos de factibilidade de um conjunto de desigualdades matriciais lineares. Os controladores propostos são baseados na realimentação de estados e do vetor de não linearidades de setor, ao qual são consideradas perturbações limitadas em energia ou amplitude, e na realimentação dinâmica de saídas, para sistemas não perturbados com atuadores saturantes ou para sistemas sujeitos a perturbações persistentes. Exemplos numéricos são apresentados ao longo do trabalho com o objetivo de ilustrar a eficiência dos métodos propostos. Ainda, objetivando auxiliar estudantes, engenheiros e pesquisadores na análise e projeto de controle de sistemas não lineares, apresenta-se o desenvolvimento de uma ferramenta computacional interativa para a modelagem e controle fuzzy. Aspectos práticos e um estudo da complexidade de implementação digital de controladores fuzzy também são discutidos através da simulação Hardware-in-the-Loop (HIL) com utilização de uma placa de desenvolvimento FPGA (do inglês Field Programmable Gate Array).<br> / Abstract : Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models have been extensively investigated over the last decade to develop the so-called fuzzy model based (FMB) control techniques, providing nonlinear control design methodologies with a systematic aspect and numerical solution. However, the actual T-S fuzzy modeling techniques, in general, only guarantee the convexity of the model and/or their accuracy of representation for a specific domain of the state space. Thus, for control strategies based on convexity properties, the stability of the closed-loop system composed of the nonlinear system and the fuzzy controller should be analyzed in a local context, being fundamental to determining stability regions for the closed-loop system. This inherent local characteristic is often not considered in most FMB control design results, which may lead to poor performance or even instability of the closed-loop system. In this sense, this thesis aims to consider the regional validity of the T-S fuzzy models for the development of nonlinear control systems analysis and design tools, to consider other physical constraints and to discuss the problems associated with the complexity of T-S fuzzy models. A modeling method based on the use of nonlinear local rules that provides a compact and accurate representation is presented, allowing also to handle with the dynamic output feedback control problem for systems with nonlinearities that may depend on unmeasurable states. Using fuzzy Lyapunov functions (FLF), closed-loop stability conditions are provided, which can be verified in terms of the feasibility of a set of linear matrix inequalities (LMIs). The proposed controllers are based on a state and sector nonlinearities feedback, for systems subject to disturbances bounded in energy or amplitude, and on a dynamic output feedback, for systems with saturating actuators. Numerical examples are presented throughout this document to illustrate the effectiveness of the proposed design methodologies. Further, aiming to assist students and engineers in the nonlinear control system design, an interactive computational tool is presented for fuzzy modeling and control. Practical aspects and a study of the digital implementation of fuzzy controllers are discussed using a Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation with a Field Programmable Gate Array (FPGA) development board.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:53:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338945.pdf: 42675302 bytes, checksum: 9a78ba3aad551afc6483a055b5c870ea (MD5) Previous issue date: 2015 / Nesta tese é abordado o problema de medição de fração volumétrica de água em escoamentos estratificados de óleo e água utilizando técnicas capacitivas.A tomografia por capacitância elétrica (Electrical Capacitance Tomography- ECT) e estratégia de combinação de eletrodos serviram como base teórica fundamental para o desenvolvimento de uma nova técnica de medição denominada Tomometria Capacitiva Elétrica (Electrical Capacitance Tomometry- ECTM). O termo tomometria foi escolhido, pois o método é baseado em múltiplas medições ou medições (medida, metria) por partes (tomo). Tal técnica apresenta-se como uma solução para contornar alguns dos problemas referentes à medição de fração volumétrica em aplicações de tempo real. Inicialmente, é apresentada uma metodologia para o projeto do sensor com base no aumento da sensibilidade e um protótipo é construído. Posteriormente,uma série de simulações e experimentos estáticos e dinâmicos são realizados, confrontando os resultados com aqueles obtidos aplicando-se ECT.<br> / Abstract : This thesis presents the problem of water volume fraction measurement instratified oil-water two-phase flow using capacitance techniques. The electrical capacitance tomography (ECT) and the combining electrode strategy are used as theoretical tools for developing a new measurement technique named Electrical Capacitance Tomometry (ECTM). This technique comes up as a solution to overcome some problems related to volume fraction measurement in real-time applications. Initially, are presented a methodology for sensor design based on sensitivity optimization and a prototype sensor is built. Then, simulations and dynamic and static experiments are carried out, comparing the results with those obtained by applying ECT.