O Aeromóvel é um sistema não-convencional de transportes urbanos, baseado na aplicação de forças devido às diferenças de pressão entre duas câmaras, de forma similar à que ocorre em pistões pneumáticos e hidráulicos. A linha sobre a qual o veículo se move é composta de vigas vazadas, as quais são divididas em câmaras por meio de anteparos ligados ao veículo. A diferença de pressão responsável pela propulsão do mesmo é gerada por um ventilador, que pressuriza ou esvazia uma câmara conforme o sentido do movimento desejado. O veículo é dotado de um sistema de freios de atrito, utilizado para assegurar a parada do mesmo nas estações e de forma a garantir a segurança do veículo e de seus passageiros em caso de falhas no sistema propulsor. Devido à necessidade de se assegurar um acesso conveniente dos passageiros ao veículo, é necessário que a parada do mesmo nas estações seja feita com pequenos erros de posicionamento. Por essa razão, os freios devem ser possuir um sistema próprio de controle automatizado, garantindo assim que a parada ocorra com erros de amplitude satisfatória. Este trabalho aborda o desenvolvimento de um novo algoritmo de controle automático de parada do veículo do sistema Aeromóvel de transportes, visando a aprimorar o sistema de controle já existente. Inicialmente, descrevem-se as características gerais desse sistema de transporte, incluindo-se seus princípios de funcionamento e seus modos de operação, bem como modelo simplificado do comportamento dinâmico do elemento transportador durante sua operação. Também é apresentada a linha piloto do sistema, instalada em Porto Alegre - RS, com seus principais componentes físicos e dimensões. Atenção especial é dada à descrição do veículo de testes e aos elementos que o compõem. A técnica de controle atualmente utilizada pelo sistema de freios é discutida, e suas limitações são avaliadas. Com base no estudo das características do sistema Aeromóvel como um todo e de seu aparato de frenagem em particular, desenvolve-se o projeto do algoritmo de controle proposto. O controlador em questão é baseado na técnica de controle PID, com ganhos selecionados por meio da abordagem de tabelamento de ganhos (gain scheduling). O critério de seleção dos conjuntos de ganhos utilizados é baseado num algoritmo de estimativa da massa transportada pelo veículo em cada ciclo de operação. Os aspectos relacionados à implementação do novo controlador também são discutidos, incluindo-se os circuitos de instrumentação e o hardware de processamento necessário ao cálculo online do algoritmo proposto. Finalmente, as características do controlador são avaliadas experimentalmente, incluindo-se a validação do método utilizado para estimar a massa transportada pelo veículo. / Aeromóvel is a non-conventional urban transport system, based on the application of forces due to the difference of pressure between two chambers in a way that is similar to that of hydraulic and pneumatic pistons. The line along which the vehicle moves is composed of hollow beams, divided in chambers by means of rigid barriers attached to the vehicle. The pressure difference that propels the vehicle is generated by means of a fan that pressurizes or exhausts one of the chambers according to the direction of the desired movement. The vehicle is equipped with a friction-based braking system that is used so that the stopping at the stations is ensured and the safety of the passengers is safeguarded in case of failure of the propelling system. Due to the need of granting an adequate access of the passengers to the vehicle, it is necessary that its stopping at the stations be carried out with small positioning errors. For this reason, the braking system must possess an automatic control system of its own, capable of guaranteeing that station stopping occurs with errors of acceptable amplitude. This work describes the development of a new control algorithm to be applied to the automatic braking scheme of the Aeromóvel transport system, in order to enhance its performance. Initially, the general characteristics of the transport system as a whole are described, including its operation principles and a simplified mathematical model of the dynamic behavior of its transporting element during normal operation. It is also presented the experimental line of the system that is installed in Porto Alegre - RS, with its main physical components and dimensions. Special attention is given to the test vehicle and its components. The control technique that is currently employed with the braking system is discussed, and its limitations are taken into account. Based on the study of the Aeromovel system as a whole and of its braking system in particular, the proposed control algorithm is developed. Such controller is based on the PID control technique, with gains selected by means of the gain scheduling approach. The selection criterion of the gain sets is obtained from an algorithm for estimating the mass that is transported by the vehicle during each operation cycle. The features related to the practical implementation of the proposed controller are also discussed, including the measurement circuits and the processing hardware that is needed for the online calculation of the proposed algorithm. Finally, the characteristics of the proposed controller are investigated experimentally, and the validation of the algorithm employed to estimate the mass that is transported by the vehicle is discussed.

SILVA JUNIOR, J. N. R. Sintonia ótima de regulador automático de tensão e estabilizador de sistema de potência utilizando algoritmo de otimização por enxame de partículas. 2012. 166 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-01-18T13:19:01Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_jnrdasilvajunior.pdf: 2214506 bytes, checksum: d1d545cf0688bb77d1d4d19826667e7d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-02-14T13:51:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_jnrdasilvajunior.pdf: 2214506 bytes, checksum: d1d545cf0688bb77d1d4d19826667e7d (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-14T13:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_jnrdasilvajunior.pdf: 2214506 bytes, checksum: d1d545cf0688bb77d1d4d19826667e7d (MD5) Previous issue date: 2012-11-27 / This work presents the application of the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for optimal tuning of controllers associated with voltage regulation and damping enhancement of synchronous generators used in combined cycle power station. For mathematic representation of the synchronous generator, the third order linearized model of a single machine connected to an infinite bus, valid for small signal stability studies, is used. The Automatic Voltage Regulator (AVR) and Power System Stabilizer (PSS) parameters are optimally determined by the proposed computational tool. The parameters obtained for AVR and PSS are compared with values calculated by conventional tuning techniques based on approximations of the equations that describe the system. The simulations results to reference voltage disturbances, considering the time response analysis of the controlled system, show that PSO is an efficient technique in the tuning of AVR and PSS parameters, with emphasis on its simplicity, low computational effort and good convergence characteristics. / Este trabalho apresenta a aplicação do algoritmo de Otimização por Enxame de Partículas (PSO – Particle Swarm Optimization) para sintonia ótima de controladores associados à regulação de tensão e ao aumento do amortecimento de geradores síncronos utilizados em plantas termelétricas de ciclo combinado. Para representação matemática do gerador síncrono, utiliza-se o modelo linearizado de terceira ordem do sistema máquina conectada a uma barra infinita, válido para estudos de estabilidade a pequenos sinais. Os parâmetros do regulador automático de tensão (AVR – Automatic Voltage Regulator) e do estabilizador de sistema de potência (PSS – Power System Stabilizer) são determinados de maneira ótima pela ferramenta computacional proposta. Os parâmetros obtidos para o AVR e PSS são comparados com valores calculados por técnicas de sintonia convencionais, baseadas em aproximações das equações que descrevem o sistema. Os resultados de simulações a variações na tensão de referência, considerando a análise da resposta temporal do sistema controlado, demonstram que o PSO é uma técnica eficiente na sintonia dos parâmetros do AVR e PSS, destacando-se sua simplicidade, baixo esforço computacional e boa características de convergência.

A competitividade cada vez mais acirrada e globalizada tem forçado as empresas a desenvolver produtos com maior qualidade em um menor tempo com custos cada vez mais baixos. Para isto, passaram a utilizar tecnologias de ponta na manufatura de seus produtos, que envolvem desde a concepção do produto até sua efetiva produção. Uma das etapas mais importantes na concepção de um produto manufaturado, a partir de um projeto, é o planejamento do processo produtivo. A essência dessa atividade é disponibilizar uma gama de informações bem detalhadas e organizadas para o chão de fábrica que pode incluir a seleção da máquinaferramenta, determinação dos parâmetros de corte, geração do programa NC e as instruções de trabalho. Na maioria das empresas o planejamento do processo é feito por processistas experientes que utilizam técnicas manuais, onde despedem tempo considerável fazendo cálculos, recuperando informações, escrevendo, digitando e detalhando o plano, e nenhuma dessas tarefas agrega valor diretamente ao produto. Assim somente uma pequena parcela do tempo total é utilizado na concepção e análise do produto. A introdução dos computadores na confecção do plano de processo torna o planejamento mais eficiente podendo dispor de mais alternativas além daquelas exploradas manualmente, e ainda há vantagens adicionais, como a realização de várias comparações de planos semelhantes para selecionar o melhor para cada caso, reduzindo o tempo de planejamento, exigindo menor experiência técnica dos processistas, resultando em aumento da produtividade com planos otimizados. O sistema desenvolvido dentro da filosofia de planejamento de processo variante-interativo, um método que se utiliza da tecnologia de grupo para formar famílias de peças, onde para cada família é desenvolvido um plano padrão, no qual torna-se a base de dados para novas peças, exigindo alterações apenas nos detalhes que não forem similares. Quando não existir um plano semelhante para nova peça este é gerado de forma interativa onde o processista tem o auxílio do computador na definição da folha de processo, ao contrário de um sistema generativo que utiliza uma programação mais complexa e cria automaticamente planos de processo distintos para a nova peça. Os planos de processo gerados contem os processos de usinagem, as máquinas para realizar os mesmos, ferramentas e portaferramentas, sistemas de fixação, os parâmetros de corte e o sequenciamento das operações. O sistema foi projetado em Visual Basic, uma linguagem que disponibiliza uma interface gráfica amigável com o usuário. O conjunto das informações estritamente necessárias para o desenvolvimento do programa é armazenado em um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional (ACCESS), sistema esse escolhido por ter a vantagem de permitir manipular mais de um aplicativo ao mesmo tempo, estabelecendo relações entre eles, buscando eliminar a duplicidade de informações, impondo integridade referencial, reduzindo o espaço de armazenamento e facilitando a atualização dos dados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328196.pdf: 5945396 bytes, checksum: d17fcea2b35a9fc409ebb7eaeb60980d (MD5) Previous issue date: 2014 / Há muito tempo existe a preocupação em aprimorar as técnicas de processamento de imagens para inspeção de PCI. No entanto, percebe-se que o foco está principalmente voltado à inspeção da produção em massa. Mesmo com um volume de produção bem inferior ao de uma produção em massa, a produção em pequenas séries tem se tornado cada vez mais relevante. Neste trabalho é apresentado o estado da arte da inspeção de PCI, não necessariamente voltada à inspeção de pequenas séries. Diferentes técnicas de processamento de imagens e visão computacional foram pesquisadas na literatura relacionada, visando desenvolver uma arquitetura de processamento de imagens que fosse adequada à inspeção de pequenas séries. Dentre as técnicas encontradas, percebeu-se que o algoritmo SIFT possui um grande potencial para contornar os problemas que surgem na utilização de técnicas de inspeção de produção em massa, na produção de pequenas séries. Dessa forma, a arquitetura de processamento de imagens proposta e implementada neste trabalho, está fortemente baseada na utilização do algoritmo SIFT. Para que se obtivesse melhores resultados com o uso do SIFT, foram desenvolvidos dois algoritmos para filtrajem de falsos matches. Um software de inspeção foi implementado, utilizando-se a arquitetura proposta. Na observância do resultado dos experimentos realizados com esse software, percebe-se que a arquitetura é adequada à produção de pequenas séries, possibilitando uma taxa de acertos acima de 80%, em um ambiente real.<br> / Abstract : There has long been a concern to improve the techniques of image processingfor PCB's inspection. However, it is noticed that the focus ismainly on the inspection of mass production. Even with a volume ofproduction well below of a mass production's volume, small series productionhas become increasingly relevant. In this paper is presentedthe state of the art of PCB's inspection, not necessarily focused onthe inspection of small series. Dierent techniques of image processingand computer vision were researched in the related literature in orderto develop an architecture for image processing that is suitable to theinspection of small series. Among the techniques found, it was realizedthat the SIFT algorithm has a great potential to overcome the problemsthat arise in the use of inspection techniques of mass production, in theproduction of small series. Thus, the architecture for image processingproposed and implemented in this work is strongly based on the use ofthe SIFT algorithm. In order to obtain best results using the SIFT,two algorithms for ltering false matches have been developed. Aninspection software was implemented using the proposed architecture.Subject to the results of experiments performed with this software, it isnoticed that the architecture is suitable for production of small series,allowing an accuracy ratio above 80%, in a real environment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327697.pdf: 1528952 bytes, checksum: 797f06b75757c430f6254cfc4b6810da (MD5) Previous issue date: 2014 / A busca e exploração em ambientes desconhecidos é um problema fundamental da robótica móvel. Para a execução da exploração de um ambiente, desde o ato de mover-se até a construção de um mapa, existem diversos aspectos que, separadamente, constituem importantes temas de pesquisa. A utilização de sistemas multi-robôs pode fornecer diversas vantagens para a resolução desse tipo de problema, porém, adicionam novos desafios, como a coordenação dos múltiplos robôs e a distribuição de tarefas entre eles. Este trabalho apresenta um método de exploração de ambientes desconhecidos estruturados com múltiplos robôs, tratando das etapas de mapeamento e planejamento de trajetórias. Enquanto exploram o ambiente, os robôs interpretam informações sensoriais inserindo-as em um mapa topológico global único. Dados métricos são também coletados e incorporados ao mapa, facilitando a resolução de problemas como o de fechamento de loops. O método proposto utiliza o conceito de fronteiras para definir as tarefas do sistema e avalia a utilização de heurísticas na alocação das tarefas aos robôs. Uma abordagem desacoplada é utilizada para o planejamento de trajetória, na qual caminhos são calculados para cada robô e conflitos entre os mesmos são tratados em uma etapa posterior. Resultados experimentais validam a funcionalidade e eficiência do método proposto.<br> / Abstract : The search and exploration in unknown environments is a fundamental problem in mobile robotics. For the execution of the environment exploration, since the act of moving to the construction of a map, there are several aspects, which individually are important research topics. The use of multi-robot systems can provide several advantages for solving this type of problem, however, adds new challenges such as the coordination of multiple robots and the task distribution between them. This work presents a method of exploring unknown structured environments with multiple robots, dealing with the path planning and mapping stages. While exploring the environment, the robots interpret sensorial information inserting them into a single global topological map. Metric data are also collected and incorporated into the map, making easier the resolution of problems as the loop closing. The proposed method uses the concept of frontiers to define the tasks of the system and evaluates the use of heuristics to allocate tasks to the robots. A decoupled approach is used for path planning, in which paths are calculated for each robot and then conflicts between them are resolved. Experimental results validate the functionality and efficiency of the proposed method.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:47:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327322.pdf: 1083272 bytes, checksum: 791b2a45f478dd5b2d6e08cbb8a90014 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesse trabalho é proposta uma estratégia de Controle Preditivo capaz de controlar de forma robusta processos modelados de forma não linear com atraso de transporte. Essa abordagem é interessante quando considera-se a crescente importância dos controladores preditivos em controle de processos complexos, devido principalmente a sua grande inserção na indústria de petróleo e gás. O trabalho apresenta uma revisão do controle preditivo não linear e do controle preditivo robusto de processos com atraso de transporte. Como resultado dessa análise opta-se por focar os estudos no controlador PNMPC (\textit{Practical Nonlinear Predictive Control}) e nas estratégias de compensação de atraso baseadas no preditor de Smith filtrado, dado que essas oferecem as melhores propriedades para a proposta do trabalho. São realizados estudos da robustez do PNMPC observando o comportamento da incerteza equivalente quando esse controlador está configurado para controlar processos com atraso de transporte. É demonstrado que a incerteza equivalente traz consigo um acúmulo de variáveis da correção fornecida pelo modelo de perturbação, sendo esse um fenômeno indesejado, pois aumenta a norma da incerteza equivalente levando a uma menor robustez do controle em malha fechada. Esse estudo traz um caminho alternativo para aumentar a robustez do PNMPC, pois evidencia o acúmulo das variáveis de correção e traz a possibilidade da utilização de compensadores de atraso explícitos, elucidando um esquema de controle com o PNMPC atuando como um controlador primário que utiliza uma predição fornecida por um preditor para o cálculo do controle; levando assim a uma nova configuração, o PNMPC com um modelo de perturbação modificado. Propõe-se uma estratégia mais robusta para o controle preditivo não linear de processos com atraso de transporte, o PNMPC com compensação explícita do atraso via PSF (preditor de Smith filtrado). E é comprovado analiticamente tanto para o caso linear quanto para o caso não linear o aumento da robustez no controle de processos com atraso de transporte das estratégias desenvolvidas nesse trabalho, o PNMPC, o PNMPC modificado e o PNMPC com compensação de atraso via preditor de Smith filtrado. Para a demonstração analítica da robustez utiliza-se a abordagem da observação do comportamento da incerteza equivalente, possível quando referencia-se o esquema de controle mais o preditor de forma equivalente e analisa-se a relação entre as incertezas. Ainda, durante todo o trabalho são apresentadas simulações de controle que evidenciam o ganho de robustez das estratégias desenvolvidas, simulações essas que comparam as respostas dinâmicas do controle em malha fechada das três estratégias, PNMPC, PNMPC Modificado e PNMPC com compensação de atraso via preditor de Smith filtrado tanto para o caso linear quanto para o caso não linear considerando incertezas na estimação dos atrasos.<br> / Abstract : It is proposed a predictive control strategy able do robustly control nonlinear processes with transport delay. This approach is interesting when it is considered the growing importance of predictive controllers for controlling complex processes, mainly due to its large insertion in the oil and gas industry. This work presents an overview of the nonlinear predictive control and robust predictive control of processes with transport delay. As a result of this analysis it is chosen to focus the studies on the controller PNMPC (Pratical Nonlinear Predictive Control) and on the transport delay compensantion strategies based on filtered Smith predictor as they offer the best properties for the proposed work. It is performed studies of the robustness of PNMPC observing the behavior of the equivalente uncertainty when the controller is configured to control processes with transport delay. It is shown that the equivalent uncertainty brings with itself an accumulation of the correction variable provided by the disturbance model, it is an unwanted phenomenon because it increases the norm of the equivalent uncertainty decreasing the robustness of closed loop control. This study provides an alternative way to increase the robustness of the PNMPC for demonstrating the accumulation of the correction variable and it brings the possibility of using explicit delay compensators. It can clarify a control scheme with PNMPC acting as a primary controller that uses a prediction provided by a predictor for the calculation of control. It is proposed a robust nonlinear predictive control of processes with transport delay, the PNMPC with explicit delay compensation via FSP (filtered Smith predictor. And it is analytically demonstrated for both linear and nonlinear cases the increase of the robustness in control process with transport delay. For the analytical demonstration of the robustness it is observed the behavior of the equivalent uncertainty, that is possible when it is referenced the control scheme more the predictor, in a equivalent way, for analyse the relationship between uncertainties. Also, control simulations show the robustness gain of the developed strategies, these simulations compare the dynamic responses, of the closed loop control, of the three strategies: PNMPC, modified PNMPC and the PNMPC with delay compensator via FSP, for both linear and nonlinear cases and considering uncertainties in the transport delay.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-10T04:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348508.pdf: 13832013 bytes, checksum: 6a6da4b466801837784d08a9c023f55d (MD5) Previous issue date: 2017 / A abordagem tradional para operar uma plataforma de petróleo consiste na tomada de decisão com base em análises de sensibilidade usando ferramentas de simulação e heurísticas. Entretanto, esta estratégia pode tem um custo computacional elevado em circunstâncias não usuais, além de não assegurarem um modo de operação ótimo para a plataforma. Ao invés disso, especialmente com alta variação dos preços do petróleo nos mercados internacionais, as indústrias petrolíferas estão investindo no desenvolvimento de estratégias ótimas com o intuito de melhorar as margens de ganho econômico. Uma alternativa que tem ganhado aceitação na indústria é a otimização baseada em modelo, a qual pode ser vista como a integração de modelos matemáticos e algoritmos para a obtenção de ferramentas efetivas de otimização. Esta tese propõe modelos e metodologias para a otimização da produção de campos de petróleo no curto- e longo-prazo. No curto-prazo, as contribuições são um estudo compreensivo de modelos lineares por partes multidimensionais para otimização da produção diária e a modelagem da divisão de fluxos em redes de escoamento submarinas de sistemas de produção em alto-mar. A primeira consiste de um framework unificado de modelos de linearização por partes para a aproximação de funções não-lineares multidimensionais relacionadas a processos de produção petróleo. Com o uso destes modelos, o problema não-linear de otimização da produção se torna um problema de programação linear inteira-mista, para o qual algoritmos especializados e solvers comerciais conseguem obter soluções ótimas de forma eficiente. Foram realizadas análises computacional e de simulação para avaliar a eficiência e qualidade de aproximação dos modelos em um campo de petróleo sintético construído em um simulador de escoamento multifásico comercial. A segunda contribuição consiste de um modelo para divisão de fluxos em redes de escoamento submarinas. Apesar de se tratar de uma prática recorrente em operações em alto-mar, onde os poços podem estar conectados às unidades de processamento por múltiplas rotas, modelos de otimização disponíveis na literatura assumem rotas únicas. Um modelo de roteamento automático que decide sobre rotas únicas ou múltiplas foi desenvolvido e validado contra o processo simulado. O modelo foi empregado na otimização de um campo de petróleo sintético, onde as estratégias ótimas com roteamento múltiplo induziram maior produção do que as estratégias com roteamento único. No longo-prazo, a contribuição é uma metodologia que trata restrições referentes à rede de escoamento nos problemas de gerenciamento de reservatórios, particularmente em processos recuperação avançada por inundação de água. Restrições referentes à rede de escoamento e unidade de processamento são tipicamente limitadas ou desconsideradas nas políticas de gerenciamento de reservatórios. O presente trabalho propõe a otimização do problema integrado com uma formulação de múltiplos tiros, o qual é um método de controle adequado para problemas com múltiplas restrições em variáveis de saída de simulações. A metodologia foi empregada na otimização de um reservoir bifásico produzindo para uma rede de escoamento com restrições não-lineares referentes à operação de bombas submersíveis elétricas. A capacidade do método de lidar com as restrições de rede foi avaliada comparando-se os resultados obtidos com a abordagem que considera restrições de rede com os resultados das abordagens tradicionais, as quais negligenciam o sistema de escoamento em rede. As contribuições do trabalho, vistas sob a ótica de operações integradas, podem dar suporte a engenheiros de produção e reservatório em processos de tomada de decisão em campos de petróleo do mundo real.<br> / Abstract : The traditional approach for the operation of an oil platform has been to make decisions based on sensitivity analysis using simulation software and heuristics. However, this strategy can be rather time-consuming and does not necessarily ensure an optimal production policy. Instead, oil companies are investing towards the development of optimal strategies in order to improve economic margins. An alternative that is gaining acceptance in the industry is model-based optimization, which may be seen as the integration of mathematical models with algorithms into effective optimization tools. This dissertation proposes mo\\-dels and optimization tools for production optimization of oil fields in the short-term and long-term horizons.In the short-term, the contributions are a comprehensive study of multidimensional piecewise-linear models for daily production optimization and the modeling of flow splitting in subsea gathering networks. Because much of the literature was scattered, the first contribution consists of a common framework with the existing multidimensional piecewise-linear models for nonlinear function approximations appearing in oil production processes. Such models allow to transform the nonlinear production optimization problem into a mixed-integer linear program, for which off-the-shelf solvers can obtain optimal solutions. Computational and simulation analyses are performed to evaluate the efficiency and approximation quality of these models for a realistic oil field built in a commercial multiphase flow simulator.The second contribution consists of a model for flow splitting in subsea gathering networks.Despite being a common practice in offshore operations, where the wells can be connected to processing facilities by multiple routes, previous optimization models assumed single routes. An automatic routing model which decides upon single or multiple routing was developed and validated against simulation software. The model was further employed in the optimization of a synthetic oil field, where the optimal strategies with flow splitting yielded higher production rates than single-routed ones.In the long-term, the contribution is a methodology to handle network output constraints in reservoir management problems, particularly in water-flooding processes. Since full-field implicit simulations are prohibitively costly, reservoir management policies are typically developed with standalone reservoir models, while the constraints regarding the network are limited or fully disregarded. We propose to optimize the integrated problem with a multiple shooting formulation, which is a control method suitable for problems with numerous output constraints. The methodology is employed in the optimization of a two-phase black-oil reservoir producing to a gathering network with nonlinear constraints regarding the operation of electrical submersible pumps. The method's capability to handle network constraints is assessed by constrasting its results against conventional approaches which neglected the gathering network system. These contributions, seen from the integrated operations perspective, may support production and reservoir engineers in decision making processes of real-world fields.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-10T04:15:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348506.pdf: 4495369 bytes, checksum: 7d44aa35dbad0fb687bf08cbfb7746c7 (MD5) Previous issue date: 2017 / A tese tem como objetivo estudar e desenvolver controladores preditivos do tipo GMV (Generalized Minimum Variance) e GPC (Generalized Predictive Controller), ampliando a família de projetos e a aplicabilidade destes controladores, para eliminar o offset (erro de regime permanente), rejeitar perturbações e assegurar rastreamento de referência e robustez. A proposta apresenta um novo formalismo matemático aos projetos dos controladores GMV e GPC, aplicado a sistemas monovariáveis e multivariáveis, empregando o modelo do processo e a função custo na forma posicional e inserindo um filtro de ponderação polinomial e integral na referência e saída do processo, alcançando projetos de controladores denominados Indirect Filtered Positional GMV (I-FPGMV) e Filtered Positional GPC (FPGPC). Para o projeto do controlador I-FPGMV, dois controladores adicionais são implementados, um utilizando-se a abordagem adaptativa (Direct FPGMV) e o outro hibridizado com a síntese do controlador PID. Para o FPGPC, é apresentada uma metodologia de projeto para processos multivariáveis e a hibridização do FPGPC com o controlador PID e com uma estrutura IMC filtrada (Filtered Internal Model Control - F-IMC). Adicionalmente, em ambos os controladores, I-FPGMV e FPGPC, uma estrutura de malha de controle é sugerida para mitigar problemas de saturação no sinal de controle. Ademais, os controladores I-FPGMV e FPGPC são combinados com a técnica de controle repetitivo para tratar referências e/ou perturbações periódicas, fornecendo dois projetos alternativos de controladores denominados Repetitive I-FPGMV (RI-FPGMV) e Adaptive Repetitive FPGPC (AR-FPGPC). Em seguida, é proposto um projeto de controle para lidar com perturbações conhecidas ou desconhecidas e mensuráveis ou não mensuráveis, combinando o FPGPC, hibridizado com a estrutura F-IMC e a ação de controle feedforward adaptativa, alcançando uma estrutura de malha de controle denominada Adaptive Feedback/Feedforward F-IMC (AFF-FIMC). Por fim, aspectos de robustez são incorporados nos polinômios de projetos dos controladores propostos, por meio de uma implementação que envolve as definições da função sensitividade e da integral do erro absoluto (Integrated Absolute Error - IAE), para a sintonia ?ótima? dos parâmetros do filtro, utilizando otimização multiobjetivo baseada em algoritmo genético. Simulações numéricas e ensaios práticos são aplicados para avaliar os projetos dos controladores propostos.<br> / Abstract : The thesis aims to study and develop predictive controllers of the kind GMV (Generalized Minimum Variance) and GPC (Generalized Predictive Controller), thereby extending the design family and the applicability of these controllers to eliminate offset (steady-state error), disturbance rejection and ensure reference tracking and robustness. The proposal presents a new mathematical formalism to the designs of the GMV and GPC controllers, applied to monovariable and multivariable systems, using both process model and cost function in the positional form and inserting an integral polynomial weighting filter for the setpoint and output of the process, thus achieving controller designs called Indirect Filtered Positional GMV (I-FPGMV) and Filtered Positional GPC (FPGPC). For the I-FPGMV controller design, two additional controllers are implemented, one using the adaptive approach (Direct FPGMV) and another hybridized with the PID controller synthesis. For the FPGPC, a design methodology to multivariable processes and for the hybridization of the FPGPC with the PID controller and with a Filtered Internal Model Control (F-IMC) structure is presented. Additionally, using both I-FPGMV and FPGPC controllers, a control loop structure is suggested to mitigate saturation problems in the control signal. In addition, the I-FPGMV and FPGPC controllers are combined with the repetitive control technique to handle periodic references and/or disturbances, providing two alternative controller designs called Repetitive I-FPGMV (RI-FPGMV) and Adaptive Repetitive FPGPC (AR-FPGPC). Afterwards, a control design is proposed to deal with known or unknown and measurable or non-measurable disturbances, combining the FPGPC, hybridized with the F-IMC structure, and the adaptive feedforward control action, achieving a control loop structure called Adaptive Feedback/Feedforward Filtered IMC (AFF-FIMC). Finally, robustness aspects are incorporated into the design polynomials of the proposed controllers, through an implementation involving the definitions of sensitivity function and integrated absolute error (IAE), for the optimal tuning of the filter parameters, using multiobjective optimization based on genetic algorithm. Numerical simulations and practical essays are applied to evaluate the proposed designs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-17T03:22:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348500.pdf: 2459351 bytes, checksum: 355e193aa7abea4d18316e29357186bb (MD5) Previous issue date: 2017 / Nos últimos anos as técnicas de controle fuzzy Takagi Sugeno (TS) têm sido utilizadas com sucesso para controlar sistemas não lineares mecatrônicos. Portanto, neste trabalho, são apresentadas algumas abordagens em tempo contínuo e discreto aplicadas em um sistema que representa um quadrotor. Teoremas baseados em desigualdades matriciais lineares que usam funções de Lyapunov são utilizados para estabilizar o sistema. Compensação distribuída paralela é a estrutura padrão de controle em malha fechada usada no presente documento. A modelagem fuzzy é baseada na utilização de regras locais não lineares que representam o sistema de um modo exato. Visando um processamento eficiente é apresentado uma modelagem fuzzy com poucas regras sem perder informação da dinâmica do sistema.Foram desenvolvidas muitas pesquisas para obter algoritmos de controle para quadrotores em tempo contínuo. Assim, neste trabalho é considerado o comportamento híbrido contínuo-discreto do sistema para desenvolver o algoritmo de controle que pode ser implementado em uma aplicação real. Os sensores têm a limitação fornecida pelo tempo de amostragem que é maior do que a largura de banda usada no processador, porém uma incorreta escolha do período de amostragem pode provocar processamento desnecessário ou instabilidade. O sistema pode demandar restrições na entrada de controle devido ás características dos atuadores, assim como nas saídas dos estados pitch, roll, yaw e altura do sistema do quadrotor. Algumas soluções para tratar essas limitações e restrições também são apresentadas para controladores nos quais os ganhos da sua lei de controle é calculada online e offline.As técnicas fuzzy TS com compensação distribuída paralela podem ser utilizadas com outras técnicas de controle como controle preditivo baseado no modelo ou alocação de polos. Por conseguinte também é apresentado uma comparação entre essas técnicas. Finalmente é mostrado um algoritmo genérico que pode ser embarcado em qualquer processador de fonte aberta assim como em simulações numéricas.<br> / Abstract : Takagi Sugeno (TS) fuzzy techniques have been plenty used successfully in the last decades to control nonlinear mechatronic systems. Therefore, many approaches, in continuous and discrete time, are presented in this work applied in a quadrotor system. Linear matrix inequalities (LMIs) theorems based in Lyapunov functions are used to stabilize the system. Parallel distributed compensation (PDC) is the standard control structure employed through all this work. The fuzzy modeling is based in local nonlinear rules which represent accurately the system. Aiming an efficient processing, it is showed a modeling with a small number of rules without loosing information about the dynamic of the system. There have been developed many researches in continuous time algorithms for quadrotors. Thus, in this document is considered the hybrid behavior, continuous and discrete-time, of the closed loops system to develop an algorithm which actually could be used in a practical implementation. The sensors are limited by the sampling time (Ts) which is greater than the bandwidth of the processor; then an incorrect selection of the Ts could led in an unnecessary processing or instability. The system could demand constraints in the control input due to the features of the actuators as well as in the output states pitch, roll, yaw and altitude of the quadrotor system. Many ways to deal with these constraints and limitations are showed for controllers based in TS fuzzy model, in which its feedback is computed online or offline.TS fuzzy techniques with PDC are flexible to be used with other control techniques such as model predictive control and poles allocation approaches. Thus, a comparison of these techniques is presented too. Finally, a generic algorithm that could be embedded in any open source processor is presented with numerical simulations.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 79158.pdf: 2899345 bytes, checksum: b465f945f1b7d6c1b27aa8bd27d5c0b3 (MD5) Previous issue date: 1989 / Diversas unidades típicas da automação da manufatura foram interligadas por uma rede PDVnet (DIN 19241), para a transferência de programas entre o computador central e unidades CNC. Foi implantado um terminal de operação para avaliar a adequação da rede PDVnet para a automação da manufatura e foi feita uma análise do fluxo de operações existentes numa célula flexível de tomada como referência. Com base no tráfego previsto e em resultados de teste de tempos de transferência efetuados com o sistema PDVnet foram determinados os tempos necessários para as comunições na célula usando o sistema disponível. Faz-se a descrição das possibilidades de integração de unidades de controle simples nas próprias estações da rede através da implementação de software e hardware específicos. Para o diagnóstico de falhas e avaliação de desempenho do sistema foi desenvolvida e implantada uma estação de avaliação de desempenho e diagnóstico. Foram analisadas as possibilidades de utilização de fibras ópticas como meio de transmissão em redes locais e implantado um sistema PDVnet, com topologia em forma de anel, utilizando fibras ópticas como meio de transmissão.