Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Jorge Leite Martins de Carvalho

Este trabalho trata da modelagem e controle do radiotelescópio de Itapetinga (Atibaia, SP). Ele compreende não só síntese dos modelos e sintonia dos controladores, mas também identificação de sistemas, validação experimental de modelo e controle, reespecificação de componentes, sugestão de nova arquitetura de automação e controle e direcionamento do desenvolvimento que deve ser feito em futuros trabalhos. A parte inicial desta dissertação trata dos principais conceitos envolvidos e do levantamento de informações preliminares para a compreensão do sistema a ser modelado. A seguir é feita a modelagem matemática dos diversos componentes que formam os sistemas de posicionamento dos eixos de elevação e azimute. São então identificados experimentalmente os coeficientes matemáticos dos modelos e são feitas suas validações experimentais. Os controladores PID são sintonizados, baseados na simulação das malhas de controle através das ferramentas matemáticas MATLAB e Simulink. A validação experimental dos controladores é feita e comparada ao sistema de controle atual. São feitos os encaminhamentos das definições de novos motores e amplificadores e desenvolvida uma nova proposta de arquitetura para controle e supervisão do radiotelescópio, dando a ele funcionalidades muito além das que existem atualmente. Finalmente é dado o direcionamento dos próximos passos de desenvolvimento dos modelos, controladores e arquitetura de controle. Com este trabalho procura-se aumentar significativamente o entendimento do sistema de posicionamento do radiotelescópio, criando novos horizontes para o controle, operação, supervisão e manutenção do mesmo. / This work covers the modeling and control of the radio telescope of Itapetinga (Atibaia, SP). It tackles not only model synthesis and controllers tuning, but also system identification, experimental validation of model and control, re-specification of components, as well as a suggestion of a new automation and control architecture, and suggestions for future works. The initial part of this dissertation covers the main concepts and preliminary information for the understanding of the system to be modeled. Then a math model of the several components that form the pointing systems of the elevation and azimuth axis is done, followed by the experimental identification and validation of the math coefficients for the model. PID controllers are tuned based on the simulation of control loops using the math tools MATLAB and Simulink. Then the experimental validation of the controllers is done and compared to the current system control. Preliminary definitions of new motors and amplifiers are suggested, and a new proposal of architecture for radio telescope\'s control and supervision is developed, expanding its functionalities far beyond the ones available today. Finally, directions for the next steps to be taken in order to develop models, controllers and control architecture are given. This work aims to greatly increase the understanding of the radio telescope\'s pointing system, creating new horizons for its control, operation, supervision and maintenance.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este trabalho trata da modelagem e controle do radiotelescópio de Itapetinga (Atibaia, SP). Ele compreende não só síntese dos modelos e sintonia dos controladores, mas também identificação de sistemas, validação experimental de modelo e controle, reespecificação de componentes, sugestão de nova arquitetura de automação e controle e direcionamento do desenvolvimento que deve ser feito em futuros trabalhos. A parte inicial desta dissertação trata dos principais conceitos envolvidos e do levantamento de informações preliminares para a compreensão do sistema a ser modelado. A seguir é feita a modelagem matemática dos diversos componentes que formam os sistemas de posicionamento dos eixos de elevação e azimute. São então identificados experimentalmente os coeficientes matemáticos dos modelos e são feitas suas validações experimentais. Os controladores PID são sintonizados, baseados na simulação das malhas de controle através das ferramentas matemáticas MATLAB e Simulink. A validação experimental dos controladores é feita e comparada ao sistema de controle atual. São feitos os encaminhamentos das definições de novos motores e amplificadores e desenvolvida uma nova proposta de arquitetura para controle e supervisão do radiotelescópio, dando a ele funcionalidades muito além das que existem atualmente. Finalmente é dado o direcionamento dos próximos passos de desenvolvimento dos modelos, controladores e arquitetura de controle. Com este trabalho procura-se aumentar significativamente o entendimento do sistema de posicionamento do radiotelescópio, criando novos horizontes para o controle, operação, supervisão e manutenção do mesmo. / This work covers the modeling and control of the radio telescope of Itapetinga (Atibaia, SP). It tackles not only model synthesis and controllers tuning, but also system identification, experimental validation of model and control, re-specification of components, as well as a suggestion of a new automation and control architecture, and suggestions for future works. The initial part of this dissertation covers the main concepts and preliminary information for the understanding of the system to be modeled. Then a math model of the several components that form the pointing systems of the elevation and azimuth axis is done, followed by the experimental identification and validation of the math coefficients for the model. PID controllers are tuned based on the simulation of control loops using the math tools MATLAB and Simulink. Then the experimental validation of the controllers is done and compared to the current system control. Preliminary definitions of new motors and amplifiers are suggested, and a new proposal of architecture for radio telescope\'s control and supervision is developed, expanding its functionalities far beyond the ones available today. Finally, directions for the next steps to be taken in order to develop models, controllers and control architecture are given. This work aims to greatly increase the understanding of the radio telescope\'s pointing system, creating new horizons for its control, operation, supervision and maintenance.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de absorção ativa de ondas como parte integrante da implementação de um novo tanque de ensaios de estruturas oceânicas na Universidade de São Paulo. O tanque é equipado com 148 geradores de onda dispostos em todo o seu perímetro para propiciar a geração de ondas em quaisquer direções. O método de absorção de ondas implementado é baseado em filtros digitais utilizando como realimentação hidrodinâmica a leitura de sensores de nível solidários ao gerador de ondas. Foram estudados filtro recursivos e não recursivos, unidimensionais e bidimensionais. Também é apresentado um método para a análise da estabilidade do sistema de controle em malha fechada. Para avaliar o desempenho do sistema de controle de absorção foi executada uma série de experimentos com ondas regulares com direção de propagação normal ao gerador de ondas e algumas direções oblíquas. Também foram executados ensaios com ondas irregulares na direção de propagação normal ao gerador de ondas. O coeficiente de reflexão experimental obtido apresentou boa aderência aos valores teóricos, apresentado um máximo de 5,61% para um ângulo de incidência entre 0 e 45 graus na faixa de frequência de operação do tanque. Nos ensaios com ondas oblíquas foi observado o aparecimento de uma ressonância lateral de ondas com frequência mais alta que a da onda gerada, o que impossibilitou a execução de ensaios de longa duração de ondas com ângulo de incidência diferente de 0 grau. No final são apresentadas sugestões para a correção deste problema. / This work presents the development of a control system for active absorption of waves as part of the implementation of a new test tank of ocean structures at the University of São Paulo. The tank is equipped with 148 wave generators disposed around its perimeter to allow the generation of waves in all directions. The implemented method of wave absorption is based on digital filters with hydrodynamic feedback given by level sensors solidary to the wave generator. Were studied recursive and non-recursive, one-dimensional and two-dimensional filters. A method for stability analysis of the closed loop control system it is also presented. To evaluate the performance of the absorption control system, a series of experiments was performed considering regular waves with propagation direction normal to the wave generator and some oblique directions. Were also performed tests with irregular waves with propagation direction normal to the wave generator. The experimental reflection coefficient obtained showed good adherence to the theoretical values, presenting a maximum of 5.61% for an angle of incidence between 0o to 45o in the frequency range of operation of the tank. In tests with oblique waves was observed the appearance of a lateral wave resonance with highest frequency of the generated wave, prohibiting the accomplishment of long term experiments of waves with different incidence angle of 0o. At the end it is made suggestions to correct this problem.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-08-01T12:09:06Z No. of bitstreams: 1 AlanCassioQueirozBezerraLeite_DISSERT.pdf: 6449528 bytes, checksum: 369bc54289511d188cd706add4d9379a (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-08-02T15:25:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AlanCassioQueirozBezerraLeite_DISSERT.pdf: 6449528 bytes, checksum: 369bc54289511d188cd706add4d9379a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T15:25:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlanCassioQueirozBezerraLeite_DISSERT.pdf: 6449528 bytes, checksum: 369bc54289511d188cd706add4d9379a (MD5) Previous issue date: 2017-06-26 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Os sistemas fotovoltaicos t?m se destacado entre os diferentes tipos de fontes de energia renov?veis por converterem diretamente a luz solar em eletricidade, apresentarem baixa manuten??o, bom rendimento na produ??o de eletricidade e n?o produzir gases do efeito estufa. Devido a algumas mudan?as clim?ticas de temperatura, radia??o e sombreamento no painel, a produ??o de eletricidade ? comprometida e isso provoca uma queda na efici?ncia de gera??o dos pain?is fotovoltaicos. Portanto, eles precisam de um sistema de rastreamento que fa?a o painel operar no ponto de m?xima pot?ncia. Esses sistemas de rastreamento s?o os chamados rastreadores de m?xima pot?ncia, ou do ingl?s Maximum Power Point Tracker - MPPT. O objetivo principal desse trabalho ? montar um sistema fotovoltaico controlado por um DSP TMS320F28335 e um conversor chaveado do tipo Boost, de modo que o sistema fa?a o rastreamento da m?xima pot?ncia do painel, maximizando sua efici?ncia. Neste trabalho ? implementada uma estrat?gia de controle baseada na medi??o da temperatura do painel para fornecer a tens?o de refer?ncia equivalente ao ponto de m?xima pot?ncia sob condi??es fora dos padr?es internacionais de testes e simulando efeitos de sombreamento das c?lulas fotovoltaicas, varia??es de temperatura e carga. De acordo com a temperatura lida pelo sensor LM35, o DSP TMS320F28335 ir? ajustar a tens?o de refer?ncia do controlador Proporcional Integral resultando em um valor de ciclo de trabalho do conversor Boost. O chaveamento do conversor Boost ser? feito utilizando a t?cnica de controle de um ciclo, One Cycle Control - OCC, ao inv?s da Modula??o por Largura de Pulso, a PWM. A t?cnica de chaveamento OCC fornece algumas vantagens frente ao PWM como uma r?pida resposta ? mudan?a de refer?ncia, erro nulo em regime e rejei??o de perturba??es na entrada. Foram feitos testes simulados variando condi??es clim?ticas de radia??o e temperatura e analisado o funcionamento do OCC em rela??o ao PWM. Os resultados experimentais mostram que o esquema baseado na medi??o de temperatura apresenta algumas vantagens em rela??o ao m?todo da Tens?o Constante utilizando a modula??o PWM. / Photovoltaic systems have stood out among the different types of renewable energy sources by directly converting sunlight into electricity, low maintenance, good performance in electricity production and do not produce greenhouse gases. Due to some climatic changes of temperature, radiation and shading on the panel, the production of electricity is compromised and this causes a decrease in the generation efficiency of the photovoltaic panels. Therefore, they need a tracking system that makes the panel operate at the maximum power point. These tracking systems are the so-called Maximum Power Point Tracker ? MPPT. The main objective of this work is to build a photovoltaic system controlled by a DSP TMS320F28335 and switched converter boost type, so that the system traces the maximum panel power, maximizing your efficiency. In this work a control strategy is implemented based on the panel temperature measurement to provide the reference voltage equivalent to the maximum power point under outside conditions of international testing standards and simulating shading effects of photovoltaic cells and temperature and load variations. According to the temperature read by the sensor LM35, the DSP TMS320F28335 will adjust the reference voltage of the PI controller resulting in a duty-cycle value of the Boost converter. The switch of the boost converter will be done using the control technique One Cycle Control ? OCC rather than the widely used PulseWidth Modulation ? PWM. The OCC switching technique provides some advantages over PWM as a quick response to the reference change, null error in steady state and rejection of input disturbances. Simulated tests were performed by varying the climatic conditions of radiation and temperature and analyzed the operation of the OCC in relation to the PWM. The experimental results show that the scheme based on temperature measurement has some advantages over the Constant Voltage method using PWM modulation.

Submitted by Bianca Neves (oliveirabia1@ymail.com) on 2016-04-20T19:50:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação -Hussama Ibrahim Ismail.pdf: 7224207 bytes, checksum: 580676e0f2285e31f50bddf1814c3d9b (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-04-27T18:31:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação -Hussama Ibrahim Ismail.pdf: 7224207 bytes, checksum: 580676e0f2285e31f50bddf1814c3d9b (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-04-27T20:06:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação -Hussama Ibrahim Ismail.pdf: 7224207 bytes, checksum: 580676e0f2285e31f50bddf1814c3d9b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-27T20:06:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação -Hussama Ibrahim Ismail.pdf: 7224207 bytes, checksum: 580676e0f2285e31f50bddf1814c3d9b (MD5) Previous issue date: 2015-11-11 / Não informada / The extensive use of fixed-point digital controllers demands a growing effort to prevent design errors that appear in discrete-time domain. The present work describes a novel verification methodology, which employs bounded model checking based on boolean satisfiability and satisfiability modulo theories to verify the occurrence of design errors, due to the finite word-length format, in fixed-point digital controllers. Here, the performance of digital controllers realizations that use delta operators are compared to those that use traditional direct forms. Experimental results show that the delta-form realization substantially reduces the digital controllers’ fragility when compared to the direct-form realization. Additionally, the proposed methodology is very effective and efficient to verify real-world digital controllers, where conclusive results are obtained in nearly 89% of the benchmarks. / O uso extensivo de controladores digitais implementados em ponto-fixo demandam um maior esforço para prevenir erros de projeto que aparecem no domínio discreto. Este trabalho descreve uma nova metodologia de verificação que emprega verificação de modelos limitada baseada em satisfação booleana e teorias do módulo da satisfatibilidade, para verificar a ocorrência de erros de projetos em controladores digitais causados pelos efeitos da palavra finita. Neste trabalho, serão comparados os desempenhos das realizações na formas delta e as tradicionais formas diretas. Os resultados mostram que a forma delta reduz substancialmente a fragilidade de controladores digitais, se comparados com as formas diretas. A metodologia proposta é eficiente para verificar controladores digitais do mundo real. Ela foi conclusiva em aproximadamente 89% dos casos de teste.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de absorção ativa de ondas como parte integrante da implementação de um novo tanque de ensaios de estruturas oceânicas na Universidade de São Paulo. O tanque é equipado com 148 geradores de onda dispostos em todo o seu perímetro para propiciar a geração de ondas em quaisquer direções. O método de absorção de ondas implementado é baseado em filtros digitais utilizando como realimentação hidrodinâmica a leitura de sensores de nível solidários ao gerador de ondas. Foram estudados filtro recursivos e não recursivos, unidimensionais e bidimensionais. Também é apresentado um método para a análise da estabilidade do sistema de controle em malha fechada. Para avaliar o desempenho do sistema de controle de absorção foi executada uma série de experimentos com ondas regulares com direção de propagação normal ao gerador de ondas e algumas direções oblíquas. Também foram executados ensaios com ondas irregulares na direção de propagação normal ao gerador de ondas. O coeficiente de reflexão experimental obtido apresentou boa aderência aos valores teóricos, apresentado um máximo de 5,61% para um ângulo de incidência entre 0 e 45 graus na faixa de frequência de operação do tanque. Nos ensaios com ondas oblíquas foi observado o aparecimento de uma ressonância lateral de ondas com frequência mais alta que a da onda gerada, o que impossibilitou a execução de ensaios de longa duração de ondas com ângulo de incidência diferente de 0 grau. No final são apresentadas sugestões para a correção deste problema. / This work presents the development of a control system for active absorption of waves as part of the implementation of a new test tank of ocean structures at the University of São Paulo. The tank is equipped with 148 wave generators disposed around its perimeter to allow the generation of waves in all directions. The implemented method of wave absorption is based on digital filters with hydrodynamic feedback given by level sensors solidary to the wave generator. Were studied recursive and non-recursive, one-dimensional and two-dimensional filters. A method for stability analysis of the closed loop control system it is also presented. To evaluate the performance of the absorption control system, a series of experiments was performed considering regular waves with propagation direction normal to the wave generator and some oblique directions. Were also performed tests with irregular waves with propagation direction normal to the wave generator. The experimental reflection coefficient obtained showed good adherence to the theoretical values, presenting a maximum of 5.61% for an angle of incidence between 0o to 45o in the frequency range of operation of the tank. In tests with oblique waves was observed the appearance of a lateral wave resonance with highest frequency of the generated wave, prohibiting the accomplishment of long term experiments of waves with different incidence angle of 0o. At the end it is made suggestions to correct this problem.