Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-18T15:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:02:54Z : No. of bitstreams: 1 279306.pdf: 5440206 bytes, checksum: f33192df2d2266b2a323be9818ceb889 (MD5)

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:33:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:59Z : No. of bitstreams: 1 000830205.pdf: 2510424 bytes, checksum: 92cd2d10569ea398a6689c563f431e95 (MD5) / Sistemas de captação aproveitam a energia do ambiente, tais como solar, térmica, eletromagnética e de vibração. Grande parte dos projetos de sistemas de captação de energia por vibração utiliza excitação periódica em ressonância com a frequência natural do sistema para que a amplitude de vibração seja máxima, resultando em uma quantidade de energia desejável para transdução. No entanto, na natureza o espectro de vibração é grande, o que dificulta o projeto físico de um sistema de captação de energia com esse propósito, acrescenta-se que a vibração do ambiente é de baixa frequência, o que dificulta ainda mais o projeto de um dispositivo de tamanho reduzido. Acrescenta-se, ainda, que a vibração do ambiente, em geral, não permanece em uma única faixa, variando constantemente. Esse tipo de vibração do meio ambiente pode ser modelado como uma excitação não-ideal. O objetivo principal dessa tese é modelar um sistema de captação de energia por vibração para sistemas lineares e não-lineares, sujeitos a excitação periódica e não-ideal e projetar controladores para melhorar a interação do sistema de captação com a fonte de excitação aumentando sua eficiência. Como principal resultado, observou-se que a vibração não-ideal oferece mais energia ao sistema de captação do que a excitação periódica e que os controladores projetados, em especial o LMI, conseguiu atingir um resultado expressivo no ganho de eficiência / Harvesting systems harness the energy from the environment such as solar, thermal, electromagnetic and vibrational. Many projects of vibration energy harvesting systems use harmonic excitation in resonance with the system natural frequency to maximum vibration amplitude, resulting in a desirable amount of energy to transduction. However , the ambient vibration spectrum is large, which hampers the physical design of a system to capture energy for this purpose , it adds that the vibration environment is low frequency , which further complicates the design of a device of reduced size. In addition the ambient vibration in general does not remain in a single band and varying constantly. The ambient vibration can be modeled as a non-ideal excitation. The main objective of this thesis is to model a linear and non-linear vibration energy harvesting systems subject to periodic and non-ideal excitation and project controllers to improve the interaction of the system with excitation source increasing its efficiency. As a main result, it was observed that the non-ideal vibration provides more energy to the harvesting system than periodic excitation and that the controllers designed in particular LMI, achieved a significant result in efficiency gain

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-09. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:33Z : No. of bitstreams: 1 000836510.pdf: 733047 bytes, checksum: 0974d0626d02737133a5bde72e9af8d1 (MD5) / Diversos protótipos de sistemas Maglev (transporte de levitação magnética) em todo o mundo, principalmente na Alemanha e Japão, têm demonstrado que este modo de transporte pode lucrativamente competir com o transporte aéreo. No entanto, um sistema Maglev tal como o Transrapid da Alemanha é inerentemente instável. Esta instabilidade deve-se ao sistema de suspensão eletromagnética, a qual usa força atrativa para levitar o trem. Com isto, algum sistema de controle da levitação deve ser implementado para tornar a operação segura. A partir de um modelo simplificado para o sistema experimental Transrapid é possível investigar a instabilidade e consequentemente propor algum projeto de controle. Neste trabalho, é proposto dois projetos de controladores ótimos. As seguintes técnicas são utilizadas para projetar os controladores: Regulador linear Quadrático (LQR) e Equação de Riccati Dependente do Estado (SDRE). O primeiro projeto é um controlador linear, já o outro é não-linear. As simulações computacionais mostram que o controlador SDRE permite o sistema Maglev operar com perturbações muito maiores no entreferro do que o controlador LQR permite / Several experimental Maglev (magnetic levitation transport) systems all around the world, mainly in Germany and Japan have demonstrated that this mode of transportation can profitably compete with air travel. However, a system such as the German Maglev train (called Transrapid) is inherently unstable. This instability is because the electromagnetic suspension system uses attractive force to levitate the train. Herewith, some levitation control system must be implemented to make safe operation. From a simplified model for the Transrapid experimental system is possible to investigate the instability and to propose some control design. In this work, we propose two control designs for the system. The following techniques are used to design the controllers: Linear Quadratic Regulator (LQR) and State-Dependent Riccati Equation (SDRE). The first project is a linear controller, while the other is non-linear. Simulations shows that the SDRE controller allows the Maglev system to operate with much larger disturbances in the air gap than the LQR controller does

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-18Bitstream added on 2014-12-02T11:21:17Z : No. of bitstreams: 1 000792343.pdf: 1375935 bytes, checksum: eead910c412b75624061ec463da3bc4e (MD5) / Devido às necessidades de se automatizar parte de seu processo para garantir os resultados projetados e obter maior segurança nas operações, desenvolveu-se um projeto para a implementação de um sistema para o controle da pressão interna de um reator, em uma indústria química. Através de minuciosos estudos sobre estrutura de controle PID e métodos clássicos de sintonia de Ziegler e Nichols, e após analisar em ambientes de simulação, o comportamento da resposta da planta diante das ações de controle, foi proposto um sistema completo, contendo um modelo sintonizado de controlador PID (Proporcional, Integrativo e Derivativo) para ser integrado no Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD), existente na empresa, com estratégia de controle em faixa dividida. Tal sistema foi aplicado no processo real e mostrou-se eficiente e de fácil aplicabilidade, trazendo resultados satisfatórios no controle da pressão e imediatas justificativas para o investimento / Due to the need to automate part of the process to ensure the projected results and to get more operational safety, it was developed a project for the implementation of a system for internal pressure control of a reactor in a chemical industry. Through detailed studies of control structure PID and Ziegler and Nichols classic tuning methods, and after analyzing in simulation environments the behavior of plant response on control actions, it was proposed a complete system, containing a controller tuned model PID (Proportional, Integrative and Derivative) to be integrated into the Digital Distributed Control System, belonging the company, with split range control strategy. This system was applied to the current process and it was proved to be efficient and easily applied, bringing satisfactory results in pressure control and immediate justification for the investment

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-01-02T16:05:46Z No. of bitstreams: 1 2017_RafaelRodriguesdaSilva.pdf: 11955295 bytes, checksum: 8c22109982d2ae4551be89111169824f (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-22T13:13:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RafaelRodriguesdaSilva.pdf: 11955295 bytes, checksum: 8c22109982d2ae4551be89111169824f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T13:13:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RafaelRodriguesdaSilva.pdf: 11955295 bytes, checksum: 8c22109982d2ae4551be89111169824f (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF). / A utilização e complexidade dos sistemas Eletroeletrônicos (E/E) automotivos têm crescido bastante ao longo dos anos. Esse crescimento é justificado pelos diversos benefícios que estes sistemas podem oferecer frente aos sistemas puramente mecânicos ou hidráulicos tais como: segurança, redução no consumo de combustível, redução na emissão de poluentes e aumento do conforto. Neste sentido, diversos subsistemas foram substituídos total ou parcialmente por dispositivos E/E. Paralelo ao desenvolvimento dos sistemas E/E automotivos, a complexidade dos softwares embarcados automotivos tem sido elevada consideravelmente. Pesquisas mostram que, atualmente, o desenvolvimento de software automotivo é responsável pelo maior custo no projeto de um veículo e o número de linhas de código podendo chegar a centenas de milhões. Devido a este a aumento significativo na quantidade e complexidade dos softwares automotivos, os desenvolvedores têm buscado cada vez mais metodologias que acelerem e sistematizem o processo de desenvolvimento. A Metodologia de Projeto Baseado em Modelos (MBD) surge como uma alternativa para o desenvolvimento de software automotivo, uma vez que apresenta uma série de benefícios em relação ao desenvolvimento de software tradicional. Neste trabalho a metodologia MBD é aplicada ao desenvolvimento do software de controle de um Sistema de Direção Elétrica Assistida (EPAS). Para isto, duas estratégias de controle foram propostas. A primeira é a estraté- gia de controle Linear Quadrática Gaussiana (LQG) que é composta por um controlador Linear Quadrático (LQR) e um Filtro de Kalman para estimação dos estados. A segunda estratégia é o Controlador Preditivo Baseado em Modelos (MPC). Complementar à estratégia de controle MPC, foi desenvolvido um método de parametrização exponencial, o qual contribui significativamente com a redução do custo computacional. Os resultados apresentados mostraram que as estratégias de controle propostas cumpriram de forma satisfatória os requisitos de controle, tanto em nível de simulação quanto em nível de hardware. Neste sentido a metodologia MBD foi implementada no desenvolvimento do software de controle do sistema EPAS e os resultados mostraram que esta técnica proporciona uma série de benefícios e é capaz de acelerar e sistematizar o processo de desenvolvimento. / The usage and complexity of automotive electro-electronic (E/E) systems have grown signifi- cantly over the years. This growth is justified by the many benefits these systems can offer in comparison to purely mechanical or hydraulic systems, such as: increased safety, reduced fuel consumption, reduced pollutant emissions and increased comfort. Thus, several subsystems have been totally or partially replaced by E/E devices. Simultaneously to the development of automotive E/E systems, the complexity of embedded automotive softwares has been raised considerably. Research shows that, today, automotive software development is responsible for the greatest cost in designing a vehicle, and the number of code-lines can reach hundreds of millions. Due to this significant increase in the quantity and complexity of automotive softwares, developers have increasingly sought methodologies that accelerate and systematize the development process. The Model-Based Design (MBD) methodology emerges as an alternative for the development of automotive software, since it presents a series of benefits in comparison to the development of traditional software. In this work, the MBD methodology is applied to the development of the control software of an Electric Power Assisted Steering (EPAS) system. In order to accomplish this, two control strategies were proposed. The first one is the Linear-Quadratic-Gaussian (LQG) control strategy, which is composed of a Linear-Quadratic-Regulator (LQR) and a Kalman Filter, for estimation of the states. The second strategy is the Model-Based Predictive Control (MPC). In addition to the MPC control strategy, an exponential parameterization method was developed, which contributes significantly to the reduction of computational cost. The results presented showed that the proposed control strategies fulfilled the control requirements satisfactorily, both at the simulation level and at the hardware level. This way, MBD methodology was implemented in the development of the EPAS control software and the results showed that this technique provides a series of benefits and is able to accelerate and systematize the development process.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-31Bitstream added on 2014-06-13T20:09:41Z : No. of bitstreams: 1 kozan_rf_me_ilha.pdf: 1513619 bytes, checksum: 4155bafb25f3608bef16f25ae4874e56 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A Estimulação Elétrica Funcional (FES - Functional Electrical Stimulation) tem sido utilizada na ajuda do restabelecimento de funções motoras em pacientes hemiplégicos e paraplégicos. A estimulação aplicada em níveis adequados pode ser tão eficaz no fortalecimento muscular quanto uma contração muscular voluntária. Este trabalho faz parte de um projeto multidisciplinar que integra controle e instrumentação que tem por objetivo controlar os movimentos dos membros inferiores de pacientes paraplégicos. Utilizando um processador digital de sinais e um modelo matemático linear simplificado efetuou-se a implementação de um sistema de controle em malha fechada, por meio de um controlador PID, da posição da perna de uma pessoa hígida. Implementou-se também o circuito lógico de um estágio formador de onda de um Estimulador Elétrico Neuromuscular, utilizando LabVIEW. Os parâmetros de estirnulação podem ser alterados com agilidade e facilidade. Resultados experimentais ficaram muito próximos aos obtidos através das simulações. O sistema de controle conseguiu estabilizar a posição da perna de pessoas hígidas no ângulo desejado / The Functional Electrical Stimulation (FES) has been used to help restore motor functions of hemiplegic and paraplegic patients. The FES applied at appropriate levels can be as effective in muscle strengthening as a voluntary muscle contraction. This work is part of a multidisciplinary project that integrates control systems and instrumentation to control the movements of the lower limbs of paraplegic patients. Using a digital signal processor and a simplified linear mathematical model, a PID controller was implemented with the aim of controlling the position of the leg of healthy patients. The Neuromuscular Electrical Stimulator logic circuit was implemented using LabVIEW. The stimulation parameters can be changed easily and quickly. The experimental results were very elose to those simulated. The control system was able to stabilize the position of the leg of a patient at a desired angle

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-10-04Bitstream added on 2014-06-13T19:48:53Z : No. of bitstreams: 1 junqueira_mvn_me_ilha.pdf: 2490518 bytes, checksum: 7e14b1f52c086453d1a4b7b8750cb97e (MD5) / Foi desenvolvido um Eletroestimulador Funcional Microcontrolado para geração de movimentos nos membros inferiores de paraplégicos, visando acelerar o processo de reabilitação. O estimulador neuromuscular é constituído por oito canais microcontrolados, com formas de onda de corrente bifásica, retangular e carga balanceada, com capacidade para fornecer correntes com amplitude de até 140 mA, utilizando modulação por largura de pulso (PWM). Foi implementado um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) embarcado para uso com o eletroestimulador, sendo possível determinar a energia a ser aplicada ao membro estimulado, de forma a mantê-lo em uma posição pré-estabelecida. O projeto desse controlador se baseou em um modelo matemático linear de segunda ordem, que representa o comportamento da força muscular devido a um estímulo elétrico. Para validação e teste do funcionamento do sistema, funções matemáticas que descrevem o comportamento fisiológico do membro inferior foram representadas por circuitos eletrônicos. Desta forma, neste projeto foi possível integrar o controlador, o estimulador e o modelo fisiológico do músculo, observando-se a resposta temporal durante a eletroestimulação, descartando, inicialmente, a realização de testes com pessoas, visando preservar a integridade física dos voluntários. Após a verificação do bom funcionamento do equipamento, realizou-se testes com voluntários aplicando o controle em malha fechada / A Microcontrolled Functional Electrical Stimulation (FES) system was developed for generating movements in the lower limbs of paraplegics in order to accelerate their rehabilitation process. The neuromuscular stimulator consists of eight channels, microcontrolled, rectangular, biphasic current waveform, balanced load, with the ability to deliver current with amplitude of 140 mA using pulse width modulation (PWM). A PID controller was implemented for using with the microcontrolled stimulator, and the energy to be applied to the stimulated member can be determined in order to keep the leg in a pre-determined position. The design of this controller was based on a linear second order mathematical model, which describes the behavior of a muscle strength due to an electrical stimulus. For validation and testing the microcontrolled electrical stimulator system, mathematical functions that represent the physiological behavior of the lower limbs were represented by electronic circuits. Thus, this project integrates the controller, the stimulator and the muscle model, observing the time response during electrical stimulation, avoiding testing it with patients and preserving the physical integrity of the volunteers. After verifying the proper operation of the equipment, tests with volunteers were carried out applying closed loop control

Orientador: Fábio Roberto Chavarette / Co-orientador: Nelson José Peruzzi / Banca: Luis Antônio Fernandes de Oliveira / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Aguinaldo Soares de Oliveira / Banca: Helio Aparecido Navarro / Resumo: Sistemas de captação aproveitam a energia do ambiente, tais como solar, térmica, eletromagnética e de vibração. Grande parte dos projetos de sistemas de captação de energia por vibração utiliza excitação periódica em ressonância com a frequência natural do sistema para que a amplitude de vibração seja máxima, resultando em uma quantidade de energia desejável para transdução. No entanto, na natureza o espectro de vibração é grande, o que dificulta o projeto físico de um sistema de captação de energia com esse propósito, acrescenta-se que a vibração do ambiente é de baixa frequência, o que dificulta ainda mais o projeto de um dispositivo de tamanho reduzido. Acrescenta-se, ainda, que a vibração do ambiente, em geral, não permanece em uma única faixa, variando constantemente. Esse tipo de vibração do meio ambiente pode ser modelado como uma excitação não-ideal. O objetivo principal dessa tese é modelar um sistema de captação de energia por vibração para sistemas lineares e não-lineares, sujeitos a excitação periódica e não-ideal e projetar controladores para melhorar a interação do sistema de captação com a fonte de excitação aumentando sua eficiência. Como principal resultado, observou-se que a vibração não-ideal oferece mais energia ao sistema de captação do que a excitação periódica e que os controladores projetados, em especial o LMI, conseguiu atingir um resultado expressivo no ganho de eficiência / Abstract: Harvesting systems harness the energy from the environment such as solar, thermal, electromagnetic and vibrational. Many projects of vibration energy harvesting systems use harmonic excitation in resonance with the system natural frequency to maximum vibration amplitude, resulting in a desirable amount of energy to transduction. However , the ambient vibration spectrum is large, which hampers the physical design of a system to capture energy for this purpose , it adds that the vibration environment is low frequency , which further complicates the design of a device of reduced size. In addition the ambient vibration in general does not remain in a single band and varying constantly. The ambient vibration can be modeled as a non-ideal excitation. The main objective of this thesis is to model a linear and non-linear vibration energy harvesting systems subject to periodic and non-ideal excitation and project controllers to improve the interaction of the system with excitation source increasing its efficiency. As a main result, it was observed that the non-ideal vibration provides more energy to the harvesting system than periodic excitation and that the controllers designed in particular LMI, achieved a significant result in efficiency gain / Doutor

Orientador: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: José Elias Tomazini / Banca: Luiz Eduardo Nicolini do Patrocínio Nunes / Resumo : Devido às necessidades de se automatizar parte de seu processo para garantir os resultados projetados e obter maior segurança nas operações, desenvolveu-se um projeto para a implementação de um sistema para o controle da pressão interna de um reator, em uma indústria química. Através de minuciosos estudos sobre estrutura de controle PID e métodos clássicos de sintonia de Ziegler e Nichols, e após analisar em ambientes de simulação, o comportamento da resposta da planta diante das ações de controle, foi proposto um sistema completo, contendo um modelo sintonizado de controlador PID (Proporcional, Integrativo e Derivativo) para ser integrado no Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD), existente na empresa, com estratégia de controle em faixa dividida. Tal sistema foi aplicado no processo real e mostrou-se eficiente e de fácil aplicabilidade, trazendo resultados satisfatórios no controle da pressão e imediatas justificativas para o investimento / Abstract: Due to the need to automate part of the process to ensure the projected results and to get more operational safety, it was developed a project for the implementation of a system for internal pressure control of a reactor in a chemical industry. Through detailed studies of control structure PID and Ziegler and Nichols classic tuning methods, and after analyzing in simulation environments the behavior of plant response on control actions, it was proposed a complete system, containing a controller tuned model PID (Proportional, Integrative and Derivative) to be integrated into the Digital Distributed Control System, belonging the company, with split range control strategy. This system was applied to the current process and it was proved to be efficient and easily applied, bringing satisfactory results in pressure control and immediate justification for the investment / Mestre

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Carlos Antonio Alves / Banca: Uender da Costa Faria / Resumo: Foi desenvolvido um Eletroestimulador Funcional Microcontrolado para geração de movimentos nos membros inferiores de paraplégicos, visando acelerar o processo de reabilitação. O estimulador neuromuscular é constituído por oito canais microcontrolados, com formas de onda de corrente bifásica, retangular e carga balanceada, com capacidade para fornecer correntes com amplitude de até 140 mA, utilizando modulação por largura de pulso (PWM). Foi implementado um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) embarcado para uso com o eletroestimulador, sendo possível determinar a energia a ser aplicada ao membro estimulado, de forma a mantê-lo em uma posição pré-estabelecida. O projeto desse controlador se baseou em um modelo matemático linear de segunda ordem, que representa o comportamento da força muscular devido a um estímulo elétrico. Para validação e teste do funcionamento do sistema, funções matemáticas que descrevem o comportamento fisiológico do membro inferior foram representadas por circuitos eletrônicos. Desta forma, neste projeto foi possível integrar o controlador, o estimulador e o modelo fisiológico do músculo, observando-se a resposta temporal durante a eletroestimulação, descartando, inicialmente, a realização de testes com pessoas, visando preservar a integridade física dos voluntários. Após a verificação do bom funcionamento do equipamento, realizou-se testes com voluntários aplicando o controle em malha fechada / Abstract: A Microcontrolled Functional Electrical Stimulation (FES) system was developed for generating movements in the lower limbs of paraplegics in order to accelerate their rehabilitation process. The neuromuscular stimulator consists of eight channels, microcontrolled, rectangular, biphasic current waveform, balanced load, with the ability to deliver current with amplitude of 140 mA using pulse width modulation (PWM). A PID controller was implemented for using with the microcontrolled stimulator, and the energy to be applied to the stimulated member can be determined in order to keep the leg in a pre-determined position. The design of this controller was based on a linear second order mathematical model, which describes the behavior of a muscle strength due to an electrical stimulus. For validation and testing the microcontrolled electrical stimulator system, mathematical functions that represent the physiological behavior of the lower limbs were represented by electronic circuits. Thus, this project integrates the controller, the stimulator and the muscle model, observing the time response during electrical stimulation, avoiding testing it with patients and preserving the physical integrity of the volunteers. After verifying the proper operation of the equipment, tests with volunteers were carried out applying closed loop control / Mestre