Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-01-27T17:17:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Erika_1.pdf: 4090096 bytes, checksum: aad3d3481e2a810cc8765c9bade0883b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-27T17:17:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Erika_1.pdf: 4090096 bytes, checksum: aad3d3481e2a810cc8765c9bade0883b (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / FACEPE / Microrrede é um conjunto de geração distribuída e sistemas de armazenamento de energia que abastece a demanda de um grupo de consumidores. A existência de um controle local independente da rede elétrica define uma microrrede, a qual pode se conectar ao sistema tradicional de potência ou desconectar-se e funcionar de forma autônoma a depender das condições físicas e/ou econômicas. O presente trabalho apresenta dois métodos de controle para o paralelismo de inversores em microrredes, o controle por inclinação e o controle mestre-escravo, com o objetivo de realizar um estudo comparativo. Primeiramente, são mostrados os conceitos de geração distribuída, microrredes e paralelismo de inversores. Depois, são apresentados os fundamentos teóricos e as principais características dos controles por inclinação e mestre-escravo. Por fim, é feita uma comparação entre as duas técnicas de controle para que permita definir qual é a melhor. Esta comparação é feita por meio de simulações de uma microrrede, analisando o seu desempenho nas situações conectada à rede elétrica principal, em ilhamento e durante o transitório de desconexão. Também é observado o comportamento de grandezas como corrente, amplitude e frequência da tensão e ainda o compartilhamento de carga entre os inversores. / Microgrid is a set of distributed generation and energy storage systems that supplies the demand of a group of consumers . The existence of a local control, independently of the main grid, defines a microgrid, which can be connected to or disconnected from the traditional power system working autonomously depending on the physical or economic conditions. This work presents two control methods for paralleling inverters in microgrids, droop control and masterslave control, in order to conduct a comparative study between both control techniques. Firstly, the concepts of distributed generation, microgrid and paralleled inverters are shown. Then, it is presented the theoretical fundamentals and main features of droop control and master-slave control. Finally, a comparison is done between both control techniques to allow define the best control technique. This comparison is done by means of simulations of a microrrede, analyzing its performance in the situations connected to the main grid, in islanding and during the disconnection transient. Also, it is observed the quantities behavior such as the current, the voltage amplitude and frequency and also the power shared among the inverters.

One of the key responsibilities of Getinge's ventilators is to deliver accurate gas volumes to patients. To ensure this precision, specially designed rigid steel tanks are utilized to evaluate the performance and precision of the ventilators in providing exact air volume. The intention of this study is to design and implement a suitable controller for actuating a servo piston pump in order to be used for the tank volume measuring and calibration process. Two controlling strategies were chosen for this purpose: Linear Quadratic Regulator (LQR) and Fractional Order Proportional Integral Derivative (FOPID). This work also aimed to establish a narrative of the two controlling strategies after optimizing them using genetic algorithm optimization (GA) and evaluating their effectiveness in controlling a brushless DC motor (BLDC) actuating a servo piston pump. This involved modeling the system in Matlab and Simulink based on the mathematical representations of the system's dynamics, specifically focusing on its pneumatic behavior. The nonlinear model was linearized and served as a basis for the controllers' optimization through the genetic algorithm. Both controller designs were then compared in both the Simulink environment and the actual physical system. The results show that the FOPID exhibits superior performance in the Simulink environment. Contrariwise, the LQR displays a far greater level of superiority in the physical system, whereas the FOPID performance significantly deteriorated upon implementation in the physical system. Furthermore, the study suggests implementing anti-windup techniques and ensuring the accurate digitization of fractional calculus for further research to enhance the performance of the FOPID controller on the physical system. / En av de centrala uppgifterna för Getinges ventilatorer är att leverera exakta gasvolymer till patienter. För att säkerställa denna precision används speciellt designade ståltankar för att bedöma ventilatorernas funktion och precision att leverera exakt luftvolym. Syftet med denna studie är att utforma och implementera en lämplig Styrenhet för att aktivera en servokolvspump som ska användas för tankvolymens mätning och kalibreringsprocess. Två styrstrategier valdes för detta ändamål: Linear Quadratic Regulator (LQR) och Fractional Order Proportional Integral Derivative (FOPID). Arbetet kommer också att syfta till att etablera ett narrativ för de två styrstrategierna efter att ha optimerat dem med genetisk algoritmoptimering (GA) och utvärderat deras effektivitet vid styrning av en borstlös DC-motor som aktiverar en servokolvspump. Detta innefattade modellering av systemet i Matlab och Simulink baserat på de matematiska representationerna av systemdynamiken, med speciellt fokus på dess pneumatiska beteende. Den icke-linjära modellen linjäriserades och fungerade som grund för regulatorernas optimering genom den genetiska algoritmen (GA). Båda regulatorernas utformningar jämfördes sedan både i Simulink-miljön och det fysiska systemet. Resultaten visar att FOPID uppvisar överlägsen prestanda i Simulink-miljön. Å andra sidan visar sig LQR vara överlägsen i det fysiska systemet, medan FOPID-prestandan försämras avsevärt vid implementering i det fysiska systemet. Dessutom föreslår studien att implementera anti-windup-tekniker och säkerställa korrekt digitalisering av fraktionell kalkyl för vidare forskning för att förbättra prestanda för FOPID-regulatorn på det fysiska systemet.

Verdrängergesteuterte hydrostatische Antriebssysteme mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb zeichnen sich durch ihre im Vergleich mit ventilgesteuerten Antrieben gute Energieeffizienz und die Möglichkeit der einfachen Stillsetzung aus, weisen jedoch durch die mangelnde Einspannung des Aktors geringere Eigenfrequenzen auf, was die Einstellung von Standardregelkreisen erschwert und meist eine geringere Dynamik und Positioniergenauigkeit zur Folge hat. Hydraulische Achsantriebe, die ohnehin über zahlreiche dominante Nichtlinearitäten verfügen und schwach gedämpft sind können in der Folge das ihnen innewohnende Potential nicht ausschöpfen. Mit einem Vergleich von Dynamik und Präzision verschiedener Antriebssysteme an Hauptantriebsachsen von Kunststoff-Spritzgießmaschinen mittlerer Baugröße wird zunächst das Leistungspotential analysiert. Auf dieser Basis werden Methoden zur Verbesserung der statischen und dynamischen Eigenschaften drehzahlvariabler verdrängergesteuerter Antriebe in Positions- und Druckregelung entwickelt, welche sich durch eine einfache Parametrierung und hohe Robustheit auszeichnen, da sie ohne einen geschlossenen Regelkreis funktionieren. Die dynamische inversionsbasierte Vorsteuerung ermöglicht dabei ein initial gutes Folgeverhalten, das durch die Anwendung einer iterativ lernenden Regelung in jedem Zyklus weiter verbessert wird. Um die Dynamik von Folgeregelungen mit weiteren Randbedingungen zu maximieren wird eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist, eine Bewegungsvorgabe entlang der physikalischen Leistungsgrenzen des Antriebssystems zu berechnen und die wirkenden Begrenzungen aufzuzeigen. Die Erstellung von Bewegungsvorgaben sowie die Einstellung der lernenden Regelung sind dabei jeweils mit einem einzigen Parameter möglich. Die experimentelle Untersuchung und der Funktionsnachweis der entwickelten Methoden am Beispiel der Kunststoff-Spritzgießmaschine zeigt eine deutliche Steigerung der möglichen Dynamik verdrängergesteuerter Antriebssysteme, ein gutes Folgeverhalten sowie eine erhöhte Positioniergenauigkeit bei gleichzeitiger Unabhängigkeit von der Betriebstemperatur.:1. Einleitung und wissenschaftliche Problemstellung 7 2. Zielsetzung der Arbeit 11 3. Stand der Forschung und Technik 13 3.1 Architekturen hydraulischer Linearantriebe 13 3.2 Betriebsverhalten drehzahlvariabler verdrängergesteuerter Antriebe 16 3.3 Regelung hydraulischer Achsantriebe in Verdrängersteuerung 18 3.4 Vorsteuerungen und iterativ lernende Regelungen 21 4. Antriebstechnik in Kunststoff-Spritzgießmaschinen 25 5. Analyse der Leistungsfähigkeit von Antriebssystemen in SGM 27 5.1 Aufbau und Funktionsweise von Spritzgießmaschinen 28 5.2 Auswahl der Antriebssysteme 31 5.3 Analyse der Bewegungsdynamik 34 5.4 Analyse der Positioniergenauigkeit 37 5.5 Analyse der Druckregelung 39 5.6 Identifikation von Potentialen für die Leistungssteigerung 44 6. Trajektoriengenerierung entlang der Systemleistungsgrenzen 47 6.1 Kniehebel-Schließeinheit 48 6.2 Analyse statischer und dynamischer Restriktionen 50 6.3 Trajektorienentwurfsmethodik 59 7. Modellbasierte dynamische Vorsteuerung 67 7.1 Methodik 68 7.2 Mathematisch-physikalische Beschreibung 69 7.3 Inversionsbasiertes Steuergesetz 75 8. Modellbasierte lernende Vorsteuerung 77 8.1 Methodik 78 8.2 Entwurf modellbasierter normoptimaler iterativ lernender Regelungen 79 8.3 Stabilitätsnachweis 84 8.4 Generierung von Lernmodellen 86 9. Anwendung der Verfahren und Diskussion 91 9.1 Positionsregelung im geschlossenen hydrostatischen Kreis 93 9.2 Lastkraftregelung im offenen Kreis 108 9.3 Ablösende Regelung: Geschwindigkeit - Last 123 10. Zusammenfassung 127 11. Literatur 133 12. Anhang 145 / Displacement-controlled hydrostatic drive systems with variable-speed pump are characterized by their good energy efficiency and the possibility of simple shutdown compared with valve-controlled drives, but they have lower natural frequencies, which makes the application of standard closed-loop control more difficult and usually results in lower dynamics and positioning accuracy. As a result hydraulic drives, which already have numerous dominant nonlinearities and are weakly damped, cannot exploit their full potential. The work starts with a comparison and an analysis of the dynamics and precision of different drive systems on main drive axes of medium-size plastic injection molding machines. On this basis, methods are developed for improving the static and dynamic properties of variable-speed displacement-controlled drives in position and pressure control. These methods are characterized by simple parameterization and high robustness without relying on a closed-loop control. In this context, the dynamic inversion-based feedforward control allows for a good tracking performance, which is further improved by applying a cycle-wise iterative learning control. In order to fulfill the dynamics of follow-up control with position boundary conditions, a method is developed which allows for calculating a motion specification along the physical performance limits of the drive system and to show the existing limitations. The creation of motion presets as well as the setting-up of a learning controller may be done with one single parameter. Experimental investigation of the developed methods using the example of the plastic injection molding machine shows a significant increase in dynamics of displacement-controlled drive systems, good follow-up behavior, and increased positioning accuracy while remaining independent of the operating temperature.:1. Einleitung und wissenschaftliche Problemstellung 7 2. Zielsetzung der Arbeit 11 3. Stand der Forschung und Technik 13 3.1 Architekturen hydraulischer Linearantriebe 13 3.2 Betriebsverhalten drehzahlvariabler verdrängergesteuerter Antriebe 16 3.3 Regelung hydraulischer Achsantriebe in Verdrängersteuerung 18 3.4 Vorsteuerungen und iterativ lernende Regelungen 21 4. Antriebstechnik in Kunststoff-Spritzgießmaschinen 25 5. Analyse der Leistungsfähigkeit von Antriebssystemen in SGM 27 5.1 Aufbau und Funktionsweise von Spritzgießmaschinen 28 5.2 Auswahl der Antriebssysteme 31 5.3 Analyse der Bewegungsdynamik 34 5.4 Analyse der Positioniergenauigkeit 37 5.5 Analyse der Druckregelung 39 5.6 Identifikation von Potentialen für die Leistungssteigerung 44 6. Trajektoriengenerierung entlang der Systemleistungsgrenzen 47 6.1 Kniehebel-Schließeinheit 48 6.2 Analyse statischer und dynamischer Restriktionen 50 6.3 Trajektorienentwurfsmethodik 59 7. Modellbasierte dynamische Vorsteuerung 67 7.1 Methodik 68 7.2 Mathematisch-physikalische Beschreibung 69 7.3 Inversionsbasiertes Steuergesetz 75 8. Modellbasierte lernende Vorsteuerung 77 8.1 Methodik 78 8.2 Entwurf modellbasierter normoptimaler iterativ lernender Regelungen 79 8.3 Stabilitätsnachweis 84 8.4 Generierung von Lernmodellen 86 9. Anwendung der Verfahren und Diskussion 91 9.1 Positionsregelung im geschlossenen hydrostatischen Kreis 93 9.2 Lastkraftregelung im offenen Kreis 108 9.3 Ablösende Regelung: Geschwindigkeit - Last 123 10. Zusammenfassung 127 11. Literatur 133 12. Anhang 145