Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The environmental liabilities that are faced by fossil fuel industry motivate the search for renewable energy sources. Although Brazil is the second largest world producer of bioethanol, the current production deficit is expected to go up by 2015. In this direction, it is utmost important to widen the ethanol feedstock cultivated area, as well as expanding the number of production units of this biofuel. Small ethanol plants emerge as an interesting alternative for the decentralization of production. However, the design and operation of such plants require high efficiency to enable their operation. This work presents the study of modeling, simulation and control of a batch distillation column for the separation of binary mixture ethanol-water to produce hydrous ethanol fuel with a concentration between 95.1% (v/v) and 96% (v/v), according to ANP specifications. The distillation column, located at the Polytechnic College of the Federal University of Santa Maria, was used as basis for the fundamental modeling which was performed using the software EMSO. Different models of phase equilibria were analyzed, being the Van Laar model for calculating the activity coefficient of the mixture in the liquid phase, coupled with ideal vapor mixture model, the one that have shown the best results. In this study, different control strategies were also proposed and evaluated to keep the top product concentration on the ANP specification for hydrous ethanol fuel. The chosen control algorithm was the Proportional Integral designed with discrete linear parametric models and through different tuning methods found in the literature. Robustness and performance criteria were used to select the best controller. Three process variables, candidates to be the manipulated variable of the control strategy, were compared: heating steam flow rate of reboiler, cooling water flow rate of pre-condenser and reflux ratio. The results have shown that the most efficient strategy was the one in which the flow of cooling water flow rate of pre-condenser was used as the manipulated variable. Besides ensuring that concentration is kept quite close to the azeotrope formed by ethanol-water mixture, another advantage of this variable in a control strategy is to allow the production of a high hydrous ethanol fuel. / O passivo ambiental enfrentado pela indústria de combustíveis fósseis motiva a busca por fontes renováveis de energia. Embora o Brasil seja o segundo maior produtor de etanol mundial, há um déficit produtivo cuja tendência é aumentar até 2015. Nesse sentido, é muito importante ampliar as áreas de cultivo de matérias prima do etanol, bem como aumentar o número de unidades de produção deste biocombustível. Miniusinas de etanol surgem como uma alternativa interessante para a descentralização da produção, porém sua concepção e operação necessitam de grande eficiência para viabilizar o funcionamento. Este trabalho apresenta o estudo da modelagem, simulação e controle de uma coluna de destilação descontínua para a separação da mistura binária etanol-água com o objetivo de produzir etanol hidratado combustível, com concentração entre 95,1% (v/v) e 96% (v/v), conforme especificações da ANP. A coluna de destilação, localizada no Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, serviu de base para a modelagem fundamental, a qual foi efetuada com o uso do software EMSO. Foram analisados diferentes modelos de equilíbrio de fases, dentre os quais o modelo de Van Laar para o cálculo do coeficiente de atividade da mistura em fase líquida, aliado ao modelo de mistura vapor ideal, foi o que apresentou os melhores resultados. Neste estudo, também foram avaliadas diferentes estratégias de controle para manter a concentração do produto de topo dentro da especificação do etanol hidratado combustível exigida pela ANP. O algoritmo de controle escolhido foi o Proporcional Integral projetado com modelos paramétricos discretos lineares e através de diferentes métodos de sintonia existentes na literatura. Critérios de robustez e desempenho foram usados para a escolha do melhor controlador. Três variáveis de processo candidatas à variável manipulada na estratégia de controle foram comparadas: vazão de vapor de aquecimento no destilador, da vazão de água de resfriamento no pré-condensador e razão de refluxo. Os resultados mostraram que a estratégia mais eficiente foi aquela em que a vazão de água de resfriamento no pré-condensador foi usada como variável manipulada. Além de garantir que concentração seja mantida muito próxima a do azeótropo formado pela mistura etanol-água, a manipulação desta variável permite que uma maior quantidade de etanol hidratado combustível seja produzida.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:44:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_AgremisGuinho_D.pdf: 4370227 bytes, checksum: 9fc9a5dfb766e6075fe58104c3c22087 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um software para reconciliação de dados, detecção e identificação de erros grosseiros, estimativa de parâmetros e monitoramento da qualidade da informação em unidades industriais em estado estacionário e dinâmico. O desenvolvimento desse software focalizou atender aos critérios de modularidade, extensibilidade e facilidade de uso. A reconciliação de dados é um procedimento de tratamento de medidas em plantas de processos necessário devido ao fato da inexorável presença de erros aleatórios de pequena magnitude associados aos valores obtidos dos equipamentos de medição. Além dos erros aleatórios, por vezes os dados estão associados a erros de maior magnitude e que constituem uma tendência, ou viés. Erros desta natureza podem ser qualificados e quantificados por técnicas de detecção de erros grosseiros. É importante para aplicação de subrotinas de otimização que os dados sejam confiáveis e livres de erros tanto quanto possível. A tarefa da remoção destes erros através de modelos previamente conhecidos (reconciliação de dados) não é trivial, já sendo estudada no campo da engenharia química nos últimos 40 anos e apresenta uma crescente quantidade de trabalhos publicados. Contudo, uma parte destes trabalhos é voltada para aplicação da reconciliação sobre equipamentos isolados, como tanques, reatores e colunas de destilação, ou pequenos conjuntos destes equipamentos e não são muitos os trabalhos que utilizam dados reais de operação. Isto pode ser atribuído à dimensão do trabalho computacional associado ao grande número de variáveis. O que se propõe neste trabalho é tomar partido da crescente capacidade computacional e das modernas ferramentas de desenvolvimento, provendo uma aplicação na qual seja facilitada a tarefa de descrever sistemas de maior dimensão, para estimar dados de qualidade superior, em tempo hábil, para sistemas de controle e otimização. É importante frisar que a reconciliação de dados e a detecção de erros grosseiros são fundamentais para a confiabilidade de resultados de subrotinas de otimização e controle supervisório e também pode ser utilizada para a reconstrução de estados do processo / Abstract: The main goal of this work was the development of software for data reconciliation, gross errors detection and identification, data reconciliation, parameter estimation, and information quality monitoring in industrial units under steady state and dynamic operation. The development of this software was focused on meeting the criteria of modularity, extensibility, and user friendliness. Data reconciliation is a procedure for measurement data treatment in process plants, which is necessary due the fact of the inexorable presence of random, small magnitude errors associated to the values obtained from measurement devices. In addition to the random errors, sometimes data are associated to major magnitude errors that lead to a trend or bias. Errors of this nature can be qualified and quantified through gross errors detection techniques. It is important for optimization routines that data are reliable and error free as much as possible. The task of removal of these errors using previously known models (data reconciliation) is not trivial, and has been studied for the last 40 years in the field of chemical engineering, showing an increasing amount of published works. However, part of these works is devoted to applying data reconciliation over single equipment, such as tanks, reactors, distillation columns, or small sets of these equipments. Furthermore, not much of this published work relies on real operation data. This can be regarded to the dimension of computational work associated to the great number of variables. This work proposes to take advantage of increasing computational capacity and modern development tools to provide an application in which the task of higher dimension systems description is accomplished with ease in order to produce data estimates of superior quality, in a suitable time frame, to control and optimization systems. It is worthwhile mentioning that data reconciliation and gross error detection are fundamental for reliability of the results from supervisory control and optimization routines, and can be used also to process state reconstruction / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Luís Cláudio Oliveira Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_ThiagoVazda_D.pdf: 18980163 bytes, checksum: 01508b929c51cbd2ad88d0be37d75084 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A consideração sistemática relacionada ao tratamento de falhas na estrutura de controle é essencial para se atingir as metas de um processo ao mesmo tempo seguro e produtivo. Nesse sentido, este trabalho propõe o estudo e a implementação de técnicas baseadas no controle reconfigurável com aplicações em processos químicos. Essa técnica está relacionada à etapa que lida com a falha no sistema em malha fechada, por meio de sua reconfiguração, evitando a evolução dos seus efeitos na estrutura de controle. Nesse estudo, a atenção é voltada ao rastreamento do comportamento nominal do sistema considerando as técnicas baseadas nos atuadores virtuais. O método considera o desvio da planta em relação ao seu comportamento nominal na presença de falhas em seus atuadores. Deste modo, se o distanciamento em relação ao comportamento nominal pode ser estabilizado por meio das redundâncias físicas e analíticas presentes no processo, o comportamento da planta sujeita à falha também pode ser estabilizado. Neste sentido, uma consideração sobre esse desvio no futuro é proposta, permitindo que técnicas baseadas no controle ótimo e preditivo sejam utilizadas. São consideradas especificamente falhas que comprometam o desempenho do processo quando existe a perda total ou parcial de suas variáveis de entrada. Com os componentes comprometidos devidamente localizados, a redistribuição dos sinais de controle da planta é encaminhada para que a estabilidade e desempenho do processo sejam assegurados. A concepção do atuador virtual com horizonte móvel possibilita o uso de técnicas de otimização, permitindo que as informações referentes às características físicas das redundâncias do processo sejam incluídas, evitando a saturação dos componentes utilizados durante o tratamento da falha. A validação da técnica proposta é avaliada experimentalmente em um processo de neutralização, no qual ferramentas de injeção de falhas são capazes de simular os efeitos de falha dos atuadores no processo real. As estratégias estudadas foram implementadas em um software em código aberto e foram testadas experimentalmente a partir do uso de comunicação OPC (Object Linking and Embedding for Process Control). Cenários com diferentes falhas afetando os atuadores do processo foram concebidos e avaliados. Em todos os estudos, observou-se a capacidade da ferramenta em efetuar a reconfiguração do sistema em malha fechada para mitigar os efeitos indesejáveis da falha. Com base nos resultados, conclui-se que a utilização das técnicas em cenários industriais é viável e pode garantir a operação estável do processo mesmo quando surjam falhas em seus componentes, consideradas as condições de controlabilidade e estabilizabilidade do sistema / Abstract: A systematic approach to fault handling in control loops is important to achieve safe and productive process goals. Therefore, the present work proposes the study and implementation of reconfigurable control methods with applications in chemical processes. This technique is related to the fault handling stage in the closed loop system by means of reconfiguration, preventing the progression of fault effects in the control structure. In this study, particular focus is given to virtual actuator based techniques for tracking nominal system behavior. The method considers the deviation of the plant in relation to its nominal behavior when there are faults in its actuators. Therefore, if the nonconformity from the nominal response can be stabilized using the process physical and analytical redundancies, the faulty plant behavior can also be stabilized. Hence, it is proposed the use of the deviation from the nominal system response in the future, enabling the use of optimal and predictive control techniques. Faults affecting process performance due to total or partial loss of input variables are particularly considered. Once the faulty components are located, input signal redistribution is determined in order to ensure process performance and stability. The moving horizon virtual actuator proposal provides the use of optimization techniques allowing information about physical characteristics of the process redundancies to be included, avoiding component saturation during the fault handling approach. The validation of the technique is performed experimentally in a neutralization process, in which fault injection tools are able to simulate the effects of actuators faults in the real process. The studied strategies were implemented using open-source software and tested experimentally by means of an OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) communication. Several fault scenarios considering actuator faults were planned and fulfilled for evaluation. The experimental tests showed that the proposed framework is capable of performing closed loop system reconfiguration to mitigate undesirable fault effects. Based on the results, it is concluded that using such a technique in industrial scenarios is feasible and can guarantee stable process operation even when there are faults in its components, considering system controllability and stabilizability conditions / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

A interoperabilidade entre equipamentos ou aplicativos (software) de tecnologias baseadas em redes de campo (fieldbus) é de suma importância nos sistemas de automação, pois permite a integração dos mesmos, de diferentes fabricantes. A integração é feita por uma linguagem de comunicação comum usada entre as diferentes tecnologias heterogêneas. No nível do software configurador FOUNDATION fieldbus (FF) de dispositivos e de malhas de controle, a linguagem usada para garantir a interoperabilidade entre os dispositivos é provida pela tecnologia de descrição de dispositivos chamada Electronic Device Description (EDD), que é proprietária e de complexo desenvolvimento para o fabricante, definida pela fieldbus Foundation. As tecnologias de software abertas e não-proprietárias têm apresentado um grande crescimento nos últimos anos, em especial a tecnologia eXtensible Markup language (XML), que se tornou mundialmente conhecida devido à integração de aplicativos internet, tornando-os assim interoperáveis uns com os outros. É proposta neste trabalho uma tecnologia de descrição de dispositivos aberta, não-proprietária e de simples desenvolvimento (para o fabricante), baseada na tecnologia XML, que é chamada de Open-EDD (Open Eletronic Device Description). A criação dessa tecnologia engloba a definição da linguagem Open-EDDML (Open Eletronic Device Description Markup Language), a modelagem do XML schema e o projeto e implementação de um interpretador (parser). Para validação dessa tecnologia, é feita a integração da mesma em um configurador real e testes usando dispositivos FF. / The interoperability among devices or software based on fieldbus technologies is becoming increasingly requested and demanded because it allows the integration of devices or software from different manufacturers. The integration is implemented through a common communication language used among the different heterogeneous technologies. In the FOUNDATION fieldbus configurator software is used to provide interoperability among devices a proprietary and complex technology (to be developed by manufacturers), known as Electronic Device Description (EDD) that is defined by the fieldbus Foundation. Meanwhile, open and non-proprietary software technologies have presented a great growth in the last years, especially the eXtensible Markup language (XML) technology, which has became worldwide known due to the integration of internet (heterogeneous) applications. This study proposes a new open, non-proprietary and simple (for manufacturer development) device description based on XML, that is named Open-EDD (Open Electronic Device Description). The creation of this technology includes the definition of the language Open-EDDML (Open Electronic Device Description Markup Language), modeling the XML Schema, projecting and implementing the parser. This technology is validated by integrating it to an existent configurator and testing it using FF devices.

Controle preditivo baseado em modelos (MPC) é uma técnica de controle amplamente utilizada na indústria de processos químicos. Por outro lado, o método de identificação em subespaços (SID) tem se mostrado uma alternativa eficiente para os métodos clássicos de identificação de sistemas. Pela combinação dos conceitos de MPC e SID, surgiu, no final da década de 90, uma nova técnica de controle, denominada controle preditivo com enfoque em subespaços (SPC). Essa técnica também é conhecida como controle preditivo orientado a dados. Ela substitui por um único passo as três etapas do projeto de um MPC: a identificação do modelo, o cálculo do observador de estados e a construção das matrizes de predição. Este trabalho tem como principal objetivo revisar estudos feitos na área de SPC, aplicar esse método em sistemas típicos da indústria química e propor novos algoritmos. São desenvolvidos três algoritmos de excitação interna para o método SPC, que permitem gerar dados persistentemente excitantes enquanto um controle mínimo do processo é garantido. Esses algoritmos possibilitam aplicar identificação em malha fechada, na qual o modelo do controlador SPC é reidentificado utilizando dados previamente excitados. Os controladores SPC e SPC com excitação interna são testados e comparados ao MPC por meio de simulações em dois processos distintos. O primeiro consiste em uma coluna debutanizadora de uma unidade de destilação, para a qual são disponibilizados dois modelos lineares referentes a pontos de operação diferentes. O segundo é um reator de polimerização de estireno com dinâmica não linear, cujo modelo fenomenológico é conhecido. Os resultados dos testes indicam que o SPC é mais suscetível a ruídos de medição. Entretanto, verifica-se que esse controlador corrige perturbações nos set-points das variáveis controladas mais rapidamente que o MPC. Simulações realizadas para o SPC com excitação interna mostram que os algoritmos propostos neste trabalho excitam o sistema satisfatoriamente, de modo que modelos mais precisos são obtidos na reidentificação com os dados excitados. / Model Predictive Control (MPC) technology is widely used in chemical process industries. Subspace identification (SID) on the other hand has proven to be an efficient alternative for classical system identification methods. Based on the results from MPC and SID, it was developed in the late 90s a new control approach, called Subspace Predictive Control (SPC). This approach is also known as data-driven predictive control. In this new method, one single operation replaces the three steps in a MPC controller design: system identification, the state observer design and the predictor matrices construction. The aim of this work is to review studies in the field of SPC, to apply this technology to typical systems of chemical industry and to propose new algorithms. It is developed three internal excitation algorithms for the SPC method, which allow the system to be persistently excited while a minimal control of the process is still guaranteed. These algorithms enable the application of closedloop identification, where the SPC controller model is re-identified using the previously excited data. The SPC controller and the SPC controller with internal excitation are tested through simulation for two different processes. The first one is a debutanizer column of a distillation unit for which two linear models corresponding to two different operating points are available. The second one is a non-linear system consisting of a styrene polymerization reactor. A phenomenological model is provided for this system. Tests results indicate that SPC is more susceptible to measurement noises. However, it is noticed that SPC controller corrects perturbations on set-points faster than MPC. Simulations for the SPC with internal excitation show that the proposed algorithms sufficiently excite the system, in the sense that more precise models are obtained from the re-identification with excited data.

O controle microbiológico durante a produção de preparações farmacêuticas é de grande importância para garantir a qualidade do produto final, quanto às propriedades terapêuticas e de segurança ao paciente. O monitoramento ambiental é uma valiosa ferramenta como forma de mensurar a efetividade das medidas que integram a estratégia de controle de contaminação microbiana. Neste contexto, pouco destaque tem sido dado à manufatura de produtos farmacêuticos não-estéreis, por representarem as classes cujos riscos de contaminação microbiana são menores, quando comparados aos produtos parenterais. Dessa maneira, este estudo teve como objetivo caracterizar os isolados microbianos de amostras de ar ativo e passivo e de superfícies de áreas produtivas não-estéreis. Ainda, visou-se avaliar estatisticamente os dados de monitoramento ambiental, como base para o desenvolvimento de uma abordagem para determinação de limites de alerta e ação. Os resultados obtidos revelaram que a maioria dos microrganismos encontrados são de origem humana, seguidos por bactérias e fungos provenientes do solo. As diferenças sazonais foram observadas, principalmente, para a ocorrência de fungos, mais prevalentes no período seco. Foi desenvolvida uma abordagem estatística baseada em (1) determinação de subgrupos racionais, (2) avaliação da distribuição estatística e (3) determinação de limites, utilizando, como critério, o índice de capacidade do processo (Cpk). Um melhor entendimento do perfil microbiano das áreas produtivas e a determinação de limites de acordo com a distribuição real dos dados levará à destinação dos recursos necessários a ações que visem a qualidade do produto e a segurança do paciente. / The microbiological control during the production of pharmaceutical preparations is of great importance for quality assurance of the final product regarding to therapeutic properties and patient safety. Environmental monitoring is a valuable tool to measure the effectiveness of the actions that integrate the microbial contamination control strategy. In this context, little attention has been given to the manufacture of non-sterile pharmaceutical products, because they represent classes whose microbial contamination risks are lower when compared to parenteral products. Considering this scenario, this study aimed to characterize microbial isolates from surfaces, active and passive air sampling of non-sterile manufacturing areas. Furthermore, it was expected to statistically evaluate the environmental monitoring data, as a basis for the development of an approach for determining alert and action limits. The results showed that most of the microorganisms found are from human source, followed by bacteria and fungi typically found in the soil. The seasonal differences were mainly observed for fungi recovery, which were more prevalent in the dry period. A statistical approach was developed based on (1) the determination of rational subgroups, (2) evaluation of the statistical distribution and (3) limit determination, using the process capacity index (Cpk) as criteria. A better understanding of the typical manufacturing areas microbial profile and the determination of limits according to the actual data distribution will lead to the allocation of the necessary resources to actions focusing on product quality and patient safety.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-28T13:22:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_controlempcmultivariavel.pdf: 17090263 bytes, checksum: 9c35a8e3be627f9a64e83d1d833824c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-28T13:23:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_controlempcmultivariavel.pdf: 17090263 bytes, checksum: 9c35a8e3be627f9a64e83d1d833824c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-28T13:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_controlempcmultivariavel.pdf: 17090263 bytes, checksum: 9c35a8e3be627f9a64e83d1d833824c8 (MD5) Previous issue date: 2018-03-01 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Neste trabalho apresenta-se o projeto de um controlador preditivo multivariável baseado em modelo, com restrições, usando as Funções de Laguerre, tendo o intuito de demonstrar os benefícios e facilidades da aplicação deste tipo de controlador em sistemas MIMO (MultipleInput and Multiple-Output) com restrições. O controlador proposto apresenta a vantagem de diminuir a carga computacional utilizada para resolver o problema de otimização envolvido no projeto, isto porque utiliza uma rede de filtros de funções ortonormais de Laguerre para obter a trajetória futura do sinal de controle dentro de um horizonte de predição, além de melhorar o compromisso entre a viabilidade do sinal de controle e o desempenho de malha fechada do sistema para os casos com restrições, no qual as funções de Laguerre são utilizadas em conjunto com a Programação Quadrática de Hildreth para encontrar a solução ótima do sinal de controle com restrições. Este controlador apresenta grandes vantagens se comparado com o controle preditivo baseado em modelo em sua abordagem clássica, em que os operadores de avanço de tempo são utilizados para predizer a trajetória futura do sinal de controle, o que leva à soluções, em alguns casos, pouco satisfatórias, e a uma alta carga computacional para casos onde o sinal de controle requer um longo horizonte de predição e uma alto desempenho em malha fechada. Este trabalho também relata testes experimentais com um manipulador robótico configurado como um sistema MIMO com três entradas e três saídas e testes simulados com a coluna de destilação binária de Wood e Berry que é um sistema MIMO com duas entradas e duas saídas, contendo atrasos de transporte. Os testes têm como objetivo comparar os resultados do controlador apresentado com o controlador que usa a abordagem tradicional e com isso demonstrar as vantagens do método usando as funções de Laguerre e sua eficiência para sistemas MIMO. / This work presents a constrained multivariable model predictive controller using Laguerre Functions. This controller uses a set of orthonormal Laguerre networks for representation of the control trajectory within a control horizon. In order to demonstrate the advantages of applying this type of controller in MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) systems, the Laguerre Functions Functions are used to decrease the computational load used to calculate the optimal control. In addition, It improves the compromise between control signal viability and closed-loop performance of the system. The Laguerre Functions are also used in conjunction with Hildreth’s Quadratic Programming to find the optimal solution for the case where the control signal is constrained. The proposed controller presents advantages when compared to the classical model predictive control approach, where forward shift operators are used to predict the future trajectory of the control signal, leading to unsatisfactory solutions and a high computational load for cases where the control signal demands a long prediction horizon and a high closed-loop performance.It is also reported the practical testes with a robotic manipulator configured as a MIMO system with three inputs and three outputs and tests simulated with the Wood and Berry binary distillation column which is a MIMO system with two inputs and two outputs, also containing transport time delays. The tests aim to compare the controller results presented with the traditional predictive control approach and thereby demonstrate the advantages of the method using the Laguerre functions and their efficiency for MIMO systems.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-28T15:41:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_metodologiaestimacaointencao.pdf: 4321809 bytes, checksum: ee25c52b7eb870417e74f761487a7600 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-28T15:41:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_metodologiaestimacaointencao.pdf: 4321809 bytes, checksum: ee25c52b7eb870417e74f761487a7600 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-28T15:41:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_metodologiaestimacaointencao.pdf: 4321809 bytes, checksum: ee25c52b7eb870417e74f761487a7600 (MD5) Previous issue date: 2018-03-28 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Os sinais musculares capturados a partir da eletromiografia (EMG) são bastante utilizados para detecção de contração muscular e intenção de movimento. Ao se utilizar tais sinais em tempo real, em controle de próteses, depara-se com um sinal amplificado e ruidoso. Com isso, precisa-se ter métodos recursivos, robustos a ruídos e algoritmos eficazes, para gerar comandos em tempo real para o atuador robótico. Nesta pesquisa, foram investigadas técnicas de identificação estocástica autoregressiva, filtro de Kalman, fusão sensorial e controle preditivo estocástico, aplicados para melhorar o processo de medição de sinais mioelétricos e dar robustez ao controle de próteses biomecatrônicas, buscando-se obter um processo aprimorado, menos sensível ao ruído e com redução de atrasos. Nesta dissertação o método proposto consiste em 4 estágios: (1) extração de características usando o método auto regressivo (AR), (2) fusão de dados com filtro de Kalman, (3) algoritmo de estimação de movimento e (4) controle preditivo de variância mínima generalizado aplicado em um servomecanismo. Os principais objetivos buscados foram: melhorar a relação sinal/ruído nos sinais mioelétricos (SMEs), obter uma interface homem-máquina de processamento em tempo real de baixo custo, evitar problemas de medição e minimizar o consumo de energia do sistema de controle. Foi desenvolvida uma planta didática, que é um sistema microcontrolado para aquisição, processamento de 4 canais de eletromiografia e controle de um servomecanismo acoplado em uma garra robótica. Foram realizados testes experimentais nesse processo biomecatrônico e pelos resultados obtidos pode-se confirmar que é possível estimar continuamente a intenção de movimento de abrir e fechar da mão e comprovam o bom desempenho de um controlador estocástico projetado para o controle da prótese mioelétrica. / Muscle signals from electromyography (EMG) are widely used to detect muscle contraction and intention to motion. By using these signals in real time in prosthetic control, a low signal to noise ratio is commonly found. Thus, it is necessary to have recursive methods, robust to noise and efficient algorithms, to generate commands in real time for the robotic actuator. In this research, stochastic system indentification techniques, Kalman filter, sensor fusion and stochastic predictive control techniques were investigated and applied to improve the measurement and processing of electromyographic signals to increase robustness in the control of biomechatronic prostheses. Thus, it is an improved process, less sensitive to noise and with minimal delays and phase lags. In this methodology, a four-stage distribution method is used: (1) features extraction by using an autoregressive model (AR), (2) data fusion with the Kalman filter, (3) motion estimation algorithm, and (4) predictive control with the generalized minimum variance controller applied to a servomechanism. The main objectives were: to enhance the signal-to-noise ratio of EMG signals, to have a low-cost real-time processing man-machine interface, to avoid measurement problems and to minimize energy consumption of the control system. A didactic plant was developed, which is a 4 channel EMG data acquisition and processing system with a servomechanism and its control system coupled in a robotic jaw. Practical tests were conducted with the prototype and the results show that it is possible to continuously estimate the intention of opening and closing movement of the hand and can confirm the good performance of the stochastic controller designed for the control of the electric prosthesis.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-09-25T17:40:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Perfomanceevaluationrobust.pdf: 5317740 bytes, checksum: 4bd1f1a3fd9e888155a633221aa5e096 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-09-25T17:40:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Perfomanceevaluationrobust.pdf: 5317740 bytes, checksum: 4bd1f1a3fd9e888155a633221aa5e096 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T17:40:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Perfomanceevaluationrobust.pdf: 5317740 bytes, checksum: 4bd1f1a3fd9e888155a633221aa5e096 (MD5) Previous issue date: 2018-06-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conversores chaveados são sistemas amplamente utilizadas em aplicações industriais. Tais sistemas operam via controle em malha fechada e, dessa forma, os aspectos de estabilidade e desempenho em malha fechada devem ser assegurados pelo projetista. Recentemente, o emprego de sistemas com múltiplos conversores vem se tornando comum em uma ampla gama de aplicações. A interação entre os sistemas de controle os múltiplos conversores pode levar o sistema a operar com reduzidas margens de estabilidade ou com um baixo desempenho dinâmico. Portanto, a estabilidade de um sistema com conversores operando em cascata é uma grande preocupação para aplicações reais. A instabilidade em sistemas em cascata pode ocorrer devido à carga de potência constante (CPL), que é um comportamento dos conversores quando se encontram regulados. As CPLs exibem comportamento de resistência negativa incremental, causando um alto risco de instabilidade em conversores interligados. Dessa forma, a mitigação desse problema é uma questão importante no projeto da fonte de alimentação comutada de múltiplos estágios, de modo a garantir a estabilidade de todo o sistema. No entanto, algumas dificuldades estão presentes além da CPL, por exemplo, não linearidades fortes, devido à presença do elemento indutivo, além das incertezas em relação aos valores nominais dos componentes discretos que compõem o sistema. Neste trabalho é realizado um estudo experimental do desempenho das metodologias de controle robusto paramétrico aplicadas ao problema de mitigar o efeito adverso de cargas do tipo CPL, em um sistema com dois conversores buck operando em cascata (sistema buck-buck). Vários testes foram desenvolvidos utilizando tanto uma planta experimental quanto via simulação computacional em Matlab/ Simulink, quando o sistema multiconversor buck-buck é submetido a uma variação de potência. Os resultados mostram o melhor desempenho das metodologias propostas. / Multi-converter electronic systems are becoming widely used in many industrial applications; therefore, the stability of the cascaded system is a big concern to real-world power supplies applications. Instability in cascaded systems may occur due to the constant power load (CPL), which is a behavior of the tightly regulated converters. CPLs exhibit incremental negative resistance behavior causing a high risk of instability in interconnected converters; therefore, the mitigation of this problem is an important issue in the multiple-stage switched mode power supply design. Thus, it is important to guarantee stability of the whole system. However, some difficulties remains besides the CPL, e.g., non-linearities due to the inductive element and uncertainties due to imprecision of mathematical models and/or variation of nominal values of the discrete elements that compose the DC/DC buck converter. Aiming to evaluate the performance of the proposed robust methodologies in this work to mitigate the instability problem caused by a CPL, several tests were developed by using an experimental plant and Matlab/Simulink, when the multi-converter buck-buck system is subjected a variation of power reference. The results show the improved performance of the proposed methodologies.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-01-30T22:42:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_LaboratorioExperimentacaoRemota.pdf: 4964666 bytes, checksum: 40c62db645d1f46ebdc4a2f0cce58610 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-01-31T13:10:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_LaboratorioExperimentacaoRemota.pdf: 4964666 bytes, checksum: 40c62db645d1f46ebdc4a2f0cce58610 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-31T13:10:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_LaboratorioExperimentacaoRemota.pdf: 4964666 bytes, checksum: 40c62db645d1f46ebdc4a2f0cce58610 (MD5) Previous issue date: 2009-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta o processo de desenvolvimento e implementação do Laboratório de Experimentação Remota em Tempo Real (LabExp), atualmente em funcionamento na Universidade Federal do Pará, com o objetivo de funcionar como uma plataforma auxiliar para ensino e aprendizagem das disciplinas de sistemas de controle. O ensino e aprendizagem foram contemplados através da disponibilização de experimentos, onde os usuários poderão interagir com os mesmos, alterando parâmetros e observando o resultado desta interação. Além dos experimentos disponíveis, acredita-se que em ambientes de educação online é interessante disponibilizar aos alunos ferramentas que proporcionem maior interação entre alunos e professores e com o próprio laboratório remoto, proporcionando uma metodologia de aprendizado mais colaborativo, estimulando o aluno. Desta forma, são disponibilizadas aos alunos três aplicações: uma para envio de seus próprios experimentos; outra para interação com outros alunos, através de um fórum; e outra para o envio de suas opiniões/críticas. Antes do processo de desenvolvimento e implementação do LabExp, foi realizada uma análise sucinta sobre educação online, tendo em vista ser esta a finalidade do laboratório. Esta análise proporcionou maior conhecimento sobre esta metodologia de educação, orientando no restante do desenvolvimento do LabExp. Compreende-se que as tecnologias utilizadas não são determinantes para o desenvolvimento de um laboratório remoto, voltado para a educação online, entretanto experimentos remotos de sistemas de controle possuem uma restrição temporal, ou seja, necessitam obedecer a limites de tempo restritos, funcionando em tempo real. Para conseguir este comportamento foi utilizada a Real-Time Application Interface (RTAI), com o componente RTAI-XML. Além das tecnologias utilizadas, neste trabalho também é apresentado o processo de modelagem do LabExp, de acordo com padrões, princípios e recursos da Unified Modeling Language (UML) aplicada a aplicações web. Este processo de modelagem foi de fundamental importância, pois facilitou e orientou o desenvolvimento do laboratório. / This work proposes the Real Time Remote Experimentation Laboratory’s (LabExp) development and implementation process. This laboratory is actually working in Universidade Federal do Pará aiming to act as an auxiliary tool for teaching and learning of control systems disciplines. Teaching and learning were included through experiments availability, where users may interact with them, changing parameters and observing this interaction results. Besides experiments availability, it is believed that in online learning environments it is interesting to make available for students tools that provide greater interaction between students and teachers and with the remote laboratory, providing a more collaborative approach to learning, encouraging the student. This way, it is available to students three applications: one to submit their own experiments, another for interaction with other students through a forum, and another to send your opinions/criticisms. Before LabExp’s development and implementation process, it was make a brief analysis about online education, because this is the laboratory’s purpose. This analysis provided more knowledge about this method of education, guiding the rest of LabExp’s development. It is understood that the technologies used are not critical for a remote laboratory’s development, directed to online education, however remote experiments of control systems have a temporal restriction, i.e. need to obey restrict time limits, working in real time. To achieve this behavior it was used the Real Time Application Interface (RTAI), with the RTAIXML component. Beyond used technologies, this work also presents LabExp’s modeling process, according to Unified Modeling Language (UML) standard, principles and resources, applied to web applications. This modeling process was of fundamental importance, because it facilitated and guided the laboratory’s development.