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CPU Load Control of LTE Radio Base StationLarsson, Joachim January 2015 (has links)
A radio base station (RBS) may become overloaded if too many mobile devices communicate with it at the same time. This could happen at for instance sport events or in the case of accidents. To prevent CPU overload, the RBS is provided with a controller that adjusts the acceptance rate, the maximum number of connection requests that can be accepted per time interval. The current controller is tuned in real radio base stations and the procedure is both time consuming and expensive. This, combined with the fact that the mobile data usage is predicted to increase puts more pressure on today's system. Thus, there is a need to be able to simulate the system in order to suggest an alternative controller. In this thesis, an implementation of the system is developed in Matlab in order to simulate the RBS system load control behaviour. A CPU load model is estimated using system identification. The current version of the CPU load controller and an alternative PI CPU load controller are implemented. Both are evaluated on different test cases and this shows that it is possible to increase the performance of the system with the alternative CPU load controller, both in terms of lower amount of rejected connection requests and decreased CPU load overshoot.
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The design of CAN nodes for minimising cables on the SUNSAT's TCMD systemMusetha, Rendani D. 12 1900 (has links)
Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: The aim of this thesis is to investigate a design of a microcontroller based embedded
system that will be used to minimise cable harness on the SUNSAT micro-satellite.
The system is called CAN node.
The CAN node(s) implements CAN (Controller Area Network) serial bus architecture
protocol. The protocol is implemented on the two nodes to transport data from the
TCMD tot he 0 ther trays 0 f SUNSAT. CAN node( s) design proj ect focuses on the
TCMD tray, because it is the central point for data communication in SUNSAT and it
acts as the eyes and hands of the satellite's operator. As a result most of the
communication cables are located at this tray. The two nodes are called TX-node and
RX-nodes. The TX-node is used to collect data from the TCMD tray and transmits
them serially to RX-node. The RX-nodes receives the TCMD data from TX-node and
transmits these data to their respective nodes. In application RX-nodes need to be ten,
but only one is used for testing purpose.
The design had its shortcomings, of which they are discussed in this thesis. The
recommendations of an ideal system are also given to elaborate how the system
should behave in the real situation.
Despite its shortcomings, the CAN node(s) project has successfully proven that cable
harness on the TCMD tray of SUNSAT can be minimised by using CAN technology. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die doel van hierdie tesis is om die ontwerp van 'n mikro-beheerder gebaseerde stelsel wat die
SUNSA T mikro-satelliet kabel harnas sal verklein, te ondersoek. Die stelsel word die CAN nodus
genoem.
Die CAN nodus implementeer die CAN (Controller Area Network) bus argitektuur protokol. Die
protokol is op twee nodusse geïmplementeer om data vanaf die TCMD na ander laaie van SUNSAT
te voer. Die CAN nodus ontwerp fokus op die TCMD laai, want dit is die sentrale punt vir data
kommunikasie in SUNSA T en dit tree soos die oog en hande van die satelliet operateur op. As 'n
gevolg, is die meeste van die kommunikasie kabels in hierdie laai. Die twee nodusse is genoem TXnodus
en RX-nodus. TX-nodus word gebruik om die data van die TCMD af te kollekteer en dan
versprei hulle tot hulle onderskeie nodusse. In die toepaslik moet daar tien RX-nodusse wees, maar
net een is gebruik terwille van die toets. Die ontwerp het sy eie tekortkomings, wat in hierdie tesis
bespreek word. Die rekommendasie van 'n ideale stelsel is ook gemaak om te bewys hoe die stelsel
dit in 'n ware situasie moet gedra.
Ongeag die tekortkomings daarvan, het die CAN-nodus projek suksesvol bewys dat die kabel
harnas in die TCMD laai van SUNSAT kan verminder word deur die gebruik van die CAN
tegnologie.
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Development of a fault-tolerant bus system suitable for a high-performance, embedded, real-time application on SUNSAT's ADCSFarr, Xandri C. 12 1900 (has links)
Thesis (MEng)--University of Stellenbosch, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: The Attitude Determination and Control System (ADCS) of the Stellenbosch University
Satellite (SUNSAT I) is an integrated system providing some redundancy and the necessary
data management to control the spacecraft. However, the redundancy is not easily
accessible and there is a lack in flexibility when testing individual modules during integration
or when the system needs to be extended. The objective of this thesis was thus
to develop a high reliability, flexible, modular communication system that included some
type of redundancy to manage real-time data and to prevent severe malfunctioning of the
entire system.
The first step in the project's development methodology was to summarise the requirements
and specifications by studying the current ADCS architecture and data management.
An investigation into the Controller Area Network (CAN) protocol showed that
this technology would fit the requirements very well, leading to the design and implementation
of several concept topologies based on CAN. Thereafter, a demonstration model
consisting of three prototype nodes was composed. The performance of the so called
dual CAN node was analysed and an extrapolation was 'made to determine whether the
architecture could support the complete ADCS.
It was demonstrated that the dual CAN node provides enough room to accommodate
all the processors, actuators and sensors of the ADCS. At the same time, it was shown
that reliability and robustness was increased by enhanced redundancy at a node-level as
well as at the greater system-level. A dual CAN bus was provided for redundancy at
a node-level. At the system-level, the command and data-gathering modules (ACP or
OBC's) can now effectively be multiplexed on the network of actuators and sensors. Furthermore,
it was shown that error detection capabilities and diagnostics can be enhanced
and the complexity of the communication architecture and related wiring harnesses can
be reduced. This allows easier access to modules and simplifies development. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Attitude Determination and Control System (ADCS) van Stellenbosch University
Satellite (SUNSAT I) is 'n geïntegreerde stelsel wat voorsiening maak vir 'n mate van
oortolligheid en 'n vermoeë om stelseldata te bestuur vir goeie satellietbeheer. Nietemin,
hierdie oortolligheid is nie baie toeganklik nie en daar is 'n gebrek aan aanpasbaarheid
tydens die toets en integrasie van individuele modules of moontlike stelseluitbreidings.
Die doelwit van hierdie tesis was dus die ontwikkeling van 'n betroubare, aanpasbare,
modulêre kommunikasie stelsel wat 'n tipe oortolligheid insluit sodat intydse data bestuur
kan word en algehele stelselondergang vermy kan word.
Die eerste stap in die projek se ontwikkelings metodiek was om 'n opsomming te verkry
van die vereistes en spesifikasies deur die huidige ADCS se argitektuur en databestuur
te ondersoek. 'n Ondersoek na die Controller Area Network (CAN) protokol het getoon
dat hierdie tegnologie aan baie van die vereistes voldoen. Dit het aanleiding gegee tot die
ontwerp en implementering van 'n paar konsep ontwerpe gebaseer op CAN. Daarna is 'n
demonstrasie model bestaande uit drie prototipe nodusse gebou. Die werksverrigting van
die sogenoemde dual CAN node, is ondersoek en 'n ekstrapolasie was gemaak om vas te
stelof die argitektuur die volkome ADCS kan huisves.
Deur demonstrasie was daar getoon dat die dual CAN node wel genoeg ruimte verskaf om
al die verwerkers, aktueerders en sensors van die ADCS te akkommodeer. Daar was terselfdertyd
getoon dat betroubaarheid en robuustheid verhoog is deur die verbeterde oortolligheid
op 'n node-vlak sowel as op die groter stelsel-vlak. 'n Dubbele CAN bus is gebruik
vir oortolligheid op 'n node-vlak. Op 'n stelsel-vlak kan die bevel-en-dataversamelings
modules (ACP en aBC's) effektief gemultipleks word op die netwerk van aktueerders
en sensors. Daar was verder getoon dat die foutopspoorings vermoeë en diagnostiese
vermoeë verbeter kan word en die kompleksiteit van die kommunikasie argitektuur en
ooreenkomstige kabelharnasse vereenvoudig kan word. Die gevolg is vereenvoudigde toegang
tot modules en vergemaklikde opgradering.
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Hardware Reconfigurável para Controladores Nebulosos. / Reconfigurable hardware for fuzzy controllers.Paulo Renato de Souza e Silva Sandres 22 February 2013 (has links)
Controle de processos é uma das muitas aplicações que aproveitam as vantagens do uso da teoria de conjuntos nebulosos. Nesse tipo de aplicação, o controlador é, geralmente, embutido no dispositivo controlado. Esta dissertação propõe uma arquitetura reconfigurável eficiente para controladores nebulosos embutidos. A arquitetura é parametrizável, de tal forma, que permite a configuração do controlador para que este possa ser usado na implementação de qualquer aplicação ou modelo nebuloso. Os parâmetros de configuração são: o número de variáveis de entrada (N); o número de variáveis de saída (M); o número de termos linguísticos (Q); e o número total de regras (P). A arquitetura proposta proporciona também a configuração das características que definem as regras e as funções de pertinência de cada variável de entrada e saída, permitindo a escalabilidade do projeto. A composição das premissas e consequentes das regras são configuráveis, de acordo com o controlador nebuloso objetivado. A arquitetura suporta funções de pertinência triangulares, mas pode ser estendida para aceitar outras formas, do tipo trapezoidal, sem grandes modificações. As características das funções de pertinência de cada termo linguístico, podem ser ajustadas de acordo com a definição do controlador nebuloso, permitindo o uso de triângulos. Virtualmente, não há limites máximos do número de regras ou de termos linguísticos empregados no modelo, bem como no número de variáveis de entrada e de saída. A macro-arquitetura do controlador proposto é composta por N blocos de fuzzificação, 1 bloco de inferência, M blocos de defuzzificação e N blocos referentes às características das funções de pertinência. Este último opera apenas durante a configuração do controlador. A função dos blocos de fuzzificação das variáveis de entrada é executada em paralelo, assim como, os cálculos realizados pelos blocos de defuzzificação das variáveis de saída. A paralelização das unidades de fuzzificação e defuzzificação permite acelerar o processo de obtenção da resposta final do controlador. Foram realizadas várias simulações para verificar o correto funcionamento do controlador, especificado em VHDL. Em um segundo momento, para avaliar o desempenho da arquitetura, o controlador foi sintetizado em FPGA e testado em seis aplicações para verificar sua reconfigurabilidade e escalabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com os do MATLAB em cada aplicação implementada, para comprovar precisão do controlador. / Process control is one of the many applications that benefits from fuzzy control. In this kind of application, the controller is usually embedded in the controlled device. This dissertation proposes a reconfigurable architecture for efficient embedded fuzzy controllers. The architecture is customizable, as it allows the controller configuration to be used to implement any fuzzy model. The configuration parameters are: the number of input variables (N); the number of output variables (M); the number of linguistic terms (Q); and the total number of rules (P). The proposed architecture also enables the configuration of the characteristics that define the rules and membership functions of each input and output variable, allowing for an optimal scalability of the project. The composition of the antecedent and consequent of the rules are configurable, according to the fuzzy model that is being implemented. A priori, the architecture supports triangular membership functions, but it can be extended to accommodate other forms, such as trapezium, without major modifications. The characteristics of the lines, forming the membership functions of the linguistic terms, can be adjusted according to the definition of the fuzzy model, allowing the use of non-isosceles and isosceles triangles. Virtually, there are no limits on the number of rules or linguistic terms used in the model, as well as the number of input and output variables. The macro-architecture of the proposed controller is composed of N fuzzification blocks, 1 inference block, M defuzzification blocks and N blocks to handle the characteristics of the membership functions. This block operates only during the controller setup. The work done by the fuzzification blocks of the input variables is executed in parallel, as well as the computation performed by the defuzzification blocks of the output variables. The duplication of the fuzzification and defuzzification blocks accelerates the process of yielding the final response of the controller. Several simulations were performed to verify the correct operation of the controller, which is specified in VHDL. In a second stage, to evaluate the controller performance, the architecture was synthesized into a FPGA and tested with six applications to verify the reconfigurability and scalability of the design. The results obtained were compared with the ones obtained from MATLAB for each of the implemented applications, to demonstrate the accuracy of the controller.
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Aplicação de algoritmos de busca do ponto de máxima potência e controladores lineares e/ou fuzzy para a regulação da tensão terminal de painéis fotovoltaicos / Application of maximum power point tracking algorithms and linear and/or nonlinear fuzzy logic control to regulate the voltage of photovoltaic panelsNilton Eufrázio Martinho Moçambique 06 June 2012 (has links)
Algoritmos de busca do ponto de máxima potência (MPPT) são largamente utilizados para se obter a potência máxima fornecida em sistemas fotovoltaicos. Apesar de existirem diversas técnicas de MPPT, os métodos heurísticos de busca como o método da perturbação e observação (P&O) e o método da Condutância Incremental (InC) são os mais usuais por serem simples e confiáveis. Assim, é proposto uma lei de controle com realimentação da tensão de saída de um painel fotovoltaico (PV) de forma a manter o mesmo operando próximo ao ponto de máxima potência, possibilitando com isso uma melhora do desempenho do algoritmo de P&O e InC inclusive quando o painel PV é submetido a rápidas mudanças na irradiação solar. Além disso, devido às características não lineares dos painéis fotovoltaicos, a utilização de técnicas inteligentes que empregam controladores fuzzy para o controle da tensão terminal do PV, parece ser uma solução viável quando comparada aos controladores clássicos com PI e PID, principalmente, porque tais estruturas de controle proporcionam uma lenta resposta dinâmica e problemas de estabilidade relacionados às oscilações em torno do ponto de máxima potência, decorrente do funcionamento dos algoritmos P&O e InC. / Maximum power point tracking (MPPT) techniques are widely used to achieve the maximum output power of a photovoltaic (PV) system. Although there are many MPPT techniques, the heuristic search methods such as perturb and observe (P&O) and incremental conductance (InC) method are the most commonly used because they are simple and reliable in the pursuit of maximum power point. A control law with feedback of the output voltage of a photovoltaic (PV) panel is proposed, in order to maintain it working nearby the maximum power point, enabling an improvement in the performance of the algorithm for P&O and InC even when the PV array is subjected to rapid changes in solar irradiance. Moreover, due to the nonlinear characteristics of the photovoltaic panels, the technique that employ fuzzy logic control seems to be a viable option when compared with conventional proportional and integral or proportional, integral and derivative controllers, mainly because such control structures provide a slow dynamic response and stability issues related to oscillations around the maximum power point due to operation of P&O and InC algorithms.
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IMPLEMENTAÇÃO DE UMA ESTRUTURA DE CONTROLE INDIRETO DA CONCETRAÇÃO DE ETANOL EM UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO HÍBRIDA / IMPLEMENTATION OF A INDIRECT CONTROL STRUTURE OF THE ETHANOL COMPOSITION CONTROL IN A HYBRID DISTILLATION COLUMNGehlen, Cindi de Oliveira 31 January 2013 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The unit operation of distillation demands the largest amount of energy in the ethanol
separation. It is of utmost interest to minimize the energy expended in the process,
playing the control an important role on this task. Here a Proportional-Integral-
Derivative (PID) controller is proposed to ensure the fuel ethanol composition at
desired value, i. e., above 92,5°INPM as the same time as save energy through the
minimal use of reboiler power. It is well known that the composition analyzers are
expensive and have a high response time. Due to such limitation, we have developed
an inference model in which the product composition is inferred from the product
temperature and thermodynamics relations, enabling the monitoring and the indirect
control a posteriori of this variable. In addition, the inference of composition allows
defining the reference value of product temperature which ensures the fuel ethanol
production at desired composition. The chosen control structure takes into account
the reference value of product temperature as set-point of a SISO (Single Input
Single Output) controller, i. e., the product ethanol composition is indirectly
controlled by the direct control of product temperature. The control design depends
on a good dynamic model between the manipulated variable (reboiler power) and the
controlled variable (product temperature). Such relationship was obtained by process
data identification with discrete parametric models, being Output Error and ARMAX
the models with the best performance. Several tuning methods were compared for the
controller design. Among these methods, the Internal Model Control (IMC) has
presented the best relationship between robustness and performance to be used in the
distillation process of this study. Finally, the proposed controller was validated in the
process and the results have shown its good performance to obtain the product
composition at desired value. Thus, we can conclude that the proposed controller,
through the simple PID control strategy, performed as expected within the limitations
of available instrumentation and the process particularities. / A operação unitária de destilação exige uma grande quantidade de energia na
separação de etanol. É de extremo interesse minimizar a energia gasta no processo e,
nesta tarefa, o controle desempenha um papel importante. Neste trabalho, um
controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) é proposto para assegurar a
concentração de etanol combustível no valor desejado, isto é, próximo de 92º INPM,
assim como economizar energia através do mínimo consumo energético no
refervedor. É bem conhecido que os analisadores de concentração apresentam um
alto custo e tem um tempo de resposta elevado. Devido a estas limitações foi
desenvolvido um modelo de inferência no qual a concentração do produto é inferida
através da combinação entre a temperatura do produto e relações termodinâmicas,
proporcionando o monitoramento e, posteriormente, o controle indireto desta
variável. Além disso, a inferência da concentração permite definir o valor de
referência da temperatura do produto que assegure a produção de etanol na
concentração desejada. A estrutura de controle escolhida leva em consideração o
valor de referência da temperatura do produto, como ponto de ajuste do controlador
SISO (Single Input Single Output) e, deste modo, a concentração de etanol no
produto é controlada indiretamente pelo controle direto da temperatura do produto. O
projeto do controlador depende de um bom modelo dinâmico entre a variável
manipulada (potência do refervedor) e a variável controlada (temperatura do
produto). Esta relação foi obtida por meio da identificação de dados do processo com
modelos paramétricos discretos, sendo que o Output Error e o ARMAX os modelos
que apresentaram o melhor desempenho. Vários métodos de sintonia foram
comparados para o projeto do controlador. Entre estes métodos, o Internal Model
Control (IMC) apresentou a melhor relação entre a robustez e o desempenho para ser
utilizado no processo de destilação em estudo. A seguir, o controlador proposto foi
validado no processo e os resultados mostraram o seu bom desempenho na obtenção
da composição do produto no valor desejado. Pode-se concluir que o controlador PID
proposto apresentou o desempenho esperado, dentro das limitações da
instrumentação disponível e das particularidades do processo.
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Commande multimodèle optimale des éoliennes : application à la participation des éoliennes au réglage de la fréquence / Multimodel optimal controller for wind turbines : application to the participation of the wind turbines in the frequency controlKhezami, Nadhira 17 October 2011 (has links)
La forte et rapide croissance de l’énergie éolienne à travers le monde a nécessité la mise en vigueur de nouveaux critères normalisés permettant de l’intégrer dans les réseaux électriques sans affecter la qualité et la stabilité du système, et qui peuvent demander aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence dans les réseaux en cas de besoin. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer une solution de loi de commande qui permette aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence du réseau. En analysant les limites des correcteurs classiques de types P, PI et PID, nous avons opté pour la commande LQ munie d’une approche multimodèle et qui a montré de bonnes performances aux résultats de simulation. Certaines améliorations ont été ajoutées à cette loi de commande du genre modèle de référence, action intégrale, … afin de permettre une poursuite de puissance autour d’une référence donnée qui change selon la fréquence du réseau / The fast and big growth of wind power around the world required the implementation of new standardized criteria to integrate this kind of energy into electric networks without affecting the quality and stability of the system. These criteria could ask the wind turbines to participate in the network frequency control when necessary. Thus, the works presented in this thesis aim to provide a control law solution that allows wind turbines to participate the grid frequency control. By analyzing the limits of traditional regulators such as P, PI and PID, we opted for the LQ controller combined to a multi-model approach because of the good performances shown in the simulation results. Some improvements were added to this control law: reference model, integral action, ... to allow a power trucking for a given reference that changes with the grid frequency
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Modelagem e implementação no ros de um controlador para manipuladores móveisBarros, Taiser Tadeu Teixeira January 2014 (has links)
Este trabalho apresenta a modelagem matemática para um manipulador móvel composto por uma base móvel (o robô móvel Twil) e um manipulador (o manipulador WAM da Barrett). Os modelos cinemático e dinâmico para a base móvel, manipulador e manipulador móvel são apresentados. Como o manipulador móvel é um sistema não linear, uma estratégia de controle baseada em linearização por realimentação da dinâmica da plataforma seguida por uma transformação não suave para tratar a não holonomicidade do modelo cinemático é proposta. Então o método de backstepping é utilizado para obter as entradas do modelo dinâmico. Um controlador de torque calculado é proposto para o manipulador, Estas técnicas de controle são utilizadas simultaneamente para controlar o manipulador móvel. A implementação dos controladores propostos, na forma de plugins para o gerenciador de controladores é feita no ROS, assim os controladores são executados em tempo real. A maioria dos controladores existentes no ROS são do tipo SISO baseados em controle PID e independentes para cada junta, sendo que neste trabalho controladores MIMO não lineares são implementados. / This work presents a mathematical modelling for a mobile manipulator composed by a mobile base (the Twil mobile robot) and a manipulator (the Barrett WAM manipulator). The kinematic and dynamic models for the mobile base, the manipulator and the mobile manipulator are presented. As the the mobilie manipulator is a non-linear system, a control strategy based on feedback linearization of the platform dynamics followed by a non-smooth transform to handle the non-holonomicity of its kinematic model is proposed. Then, the backstepping method is used to obtain the inputs for the dynamic model. A computed torque controller is proposed for the manipulador. These control techniques are used simultaneously to control the mobile manipulator. The implementation of the proposed controllers is done in ROS as plugins for the controller manager so that the controllers run in real-time. Most controllers existing in ROS are independent joint SISO controllers based on the PID control law while in this work MIMO non-linear controllers are implemented.
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Manutenção de modelos para controladores preditivos industriaisFrancisco, Denilson de Oliveira January 2017 (has links)
O escopo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para identificar os modelos de canais da matriz dinâmica que estejam degradando o desempenho de controladores preditivos, ou MPC (Model Predictive Control), baseado nas técnicas de auditoria e diagnóstico deste tipo de controlador propostas por BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) e CLARO (2016). A metodologia desenvolvida contempla dois métodos distintos. O primeiro, chamado método direto compensado, tem como base o método direto de identificação em malha fechada (LJUNG, 1987)e compensa cada saída medida do processo de modo a se reter apenas a contribuição do canal que se deseja identificar. O segundo, chamado método do erro nominal, utiliza a definição de saída nominal do processo, proposta por BOTELHO et al. (2015), como métrica para se quantificar o quão próximo o modelo está do comportamento da planta através da minimização do erro nominal. Os métodos foram aplicados ao sistema de quatro tanques cilíndricos (JOHANSSON, 2000) para dois cenários distintos, sendo o primeiro um sistema 2x2 em fase não mínima contendo um MPC trabalhando com setpoint e o segundo um sistema 4x4 em fase mínima com o MPC atuando por faixas. Para o sistema 2x2, se avaliou a influência da localização do canal discrepante (dentro ou fora da diagonal principal da matriz dinâmica de transferência) na eficácia dos métodos. Para o sistema 4x4, o estudo foi voltado para a eficácia dos métodos frentes a controladores que atuam dentro de limites para as variáveis. Os modelos identificados foram comparados pela capacidade de identificar um modelo que capturasse o zero de transmissão da planta e o RGA dinâmico, par ao sistema 2x2, e pelas respostas degrau e diagrama de Bode para o sistema 4x4. O método direto compensado resultou em baixo erro relativo no valor do zero para a discrepância na diagonal principal da matriz dinâmica e alto valor quando a discrepância se encontrava fora da diagonal principal. O método do erro nominal, por sua vez, foi capaz de identificar um modelo cujo zero de transmissão possuía baixo erro relativo frente ao zero da planta em ambos os cenários. No cenário do controlador atuando por faixas, os métodos propostos obtiveram melhores estimativas dos modelos quando comparados com o método concorrente, uma vez que apresentou alto percentual de aderência das saídas simuladas com as saídas medidas. Em todos os cenários estudados, o método do erro nominal se mostrou capaz de identificar um modelo mais robusto, pois este apresentou RGA dinâmico compatível com a planta em todo o range de frequências analisado. / The objective of this dissertation is to develop a method to identify the model for the channel of the dynamic matrix that are affecting the performance of model predictive controllers (MPC), based on the assessment and diagnosis techniques for this type of controller proposed by BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) and CLARO (2016). The proposed methodology includes two different methods. The first, called the compensated direct method, is based on the closed-loop direct identification method (LJUNG, 1987) and compensates each process measured output in order to retain only the contribution of the channel being identified. The second, called nominal error method, uses the definition of the process nominal output, proposed by BOTELHO et al. (2015), as a metric to quantify how close the model is to the actual plant behavior by minimizing the nominal error. The proposed methods were applied to the quadruple-tank system (JOHANSSON, 2000) for two distinct scenarios, the first being a nonminimum-phase 2x2 system containing a MPC working with setpoint and the second a minimum-phase 4x4 system with the MPC working by ranges. For the 2x2 system, the influence of the model mismatch location (inside or outside the main diagonal of the dynamic transfer matrix) on the effectiveness of the methods was evaluated. For the 4x4 system, the study was focused on the effectiveness of the methods with controllers that operate within limits for the variables. The identified models were compared by the capability of identifying a model with accurate plant transmission zero and dynamic RGA, for the 2x2 system, and by the step responses and Bode diagram for the 4x4 system. The compensated direct method resulted in low relative error in the value of the transmission zero for the model mismatch located in the main diagonal of the dynamic matrix and high relative error when the mismatch was outside the main diagonal. On the other hand, the nominal error method was able to identify a model whose transmission zero had low relative error against the plant zero in both scenarios. In the scenario of a controller working by range, the proposed methods obtained better estimates of the models when compared to the concurrent method, since it presented a high percentage of adherence of the simulated outputs with the measured outputs. In all the studied scenarios, the nominal error method was able to identify a more robust model, since it presented dynamic RGA compatible with the plant in the entire range of analyzed frequencies.
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Controle em cascata de um atuador hidráulico utilizando redes neuraisBorges, Fábio Augusto Pires January 2017 (has links)
No presente trabalho, é realizada a modelagem e identificação de um serovoposicionador hidráulico de uma bancada de testes. As expressões analíticas tradicionalmente utilizadas em uma estratégia em cascata aplicada ao controle de trajetória de posição são obtidas. A estratégia em questão utiliza, conjuntamente, a linearização por realimentação como lei de controle do subsistema hidráulico e a lei de controle de Slotine e Li no subsistema mecânico. Com base na mesma estratégia, um controlador em cascata neural é proposto. Em tal controlador, a função analítica que representa o mapa inverso, presente na linearização por realimentação, e a função de compensação de atrito utilizada na lei de Slotine e Li são substituídas por funções constituidas por meio de redes neurais de perceptrons de múltiplas camadas. Essas redes neurais têm como entradas os estados do sistema e também a temperatura do fluido hidráulico. O novo controlador é apresentado em uma versão onde as redes neurais são aplicadas sem modificações on-line e em outra, onde são apresentadas leis de controle adaptativo para as mesmas. A prova de estabilidade do sistema em malha fechada é apresentada em ambos os casos. Resultados experimentais do controle de seguimento de trajetórias de posição em diferentes temperaturas do fluido hidráulico são apresentados. Esses resultados demonstram a maior efetividade do controlador proposto em relação aos controladores clássicos PID e PID+feefforward e ao controlador em cascata com funções analíticas fixas. Os experimentos são realizados em duas situações: quando não ocorrem variações paramétricas importantes no sistema, onde é utilizado o controlador em cascata neural fixo e quando ocorrem essas variações, onde se utiliza o controlador em cascata neural adaptativo. / In this work, the modeling and identification of a hydraulic actuator testing setup are performed and the analytical expressions that are used in a cascade control strategy applyied in a position trajectory tracking control are designed. Such cascade strategy uses the feedback linearization control law in the hydraulical subsystem and the Slotine and Li control law in the mechanical one. Based on this cascade strategy, a neural cascade controller is proposed, for which the analytical function used as inversion set in the feedback linearization control law and the friction function compensation of the Slotine and Li control law are replaced by multi layer perceptrons neural networks where the inputs are the states of the system and the hydraulic fluid temperature. The novel controller is introduced in two different aproachs: the first one where the neural networks do not have on-line modifications and the second one where adaptive control laws are proposed. For both of them the stability proof of the closed-loop system is presented. Experimental results about some position tracking controls performed in different fluid temperature are showed. The results show that the novel controller is more efective than the classical PID, PID+feedforward and the traditional analytical cascade controller. The experiments are performed in two different setups: considering the system without importants parametric variations where is applied the non adaptive cascade neural controller and in the presence of parametric variations where is applied the adaptive cascade neural controller.
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