Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Alfredo Del Sole Lordelo / Resumo: Utilizando as técnicas de Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes (CEV/MD) é proposta aqui uma aplicação das mesmas em um sistema que representa 1/4 do modelo de Suspensão Ativa de um veículo. Teoria e projeto de preditores contínuo são apresentados com o intuito de obter bom desempenho na presença de atrasos no controle ou atrasos na aquisição de dados do sistema. Com a finalidade de verificar a robustez do CEV/MD é feita uma comparação com o controle LQR (Linear Quadratic Regulator) apresentando os resultados de simulações e implementações em bancada para algumas condições de operação, levando em consideração a presença de incertezas no sistema / Abstract: Using the techniques of Control with Variable Structure and Sliding Mode (VSC/SM) is proposed here an implementation in a system that represents 1/4 of the model of an Active Suspension of a vehicle. Theory and design of continuous predictors are presented in order to obtain good performance in the presence of control delays or delays in the data acquisition system. In order to verify the robustness of the VSC/SM a comparison with the LQR control (Linear Quadratic Regulator) in presented good results of simulations and implementations for some operating conditions, taking into account the presence of uncertainties in the system, illustrated the proposed method / Mestre

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Resumo: O principal objetivo do trabalho é explorar a técnica de controle robusto com Modos Deslizantes para a acomodação e atenuação de uma falha no sinal de controle de um helicóptero. Foram projetados dois controladores, o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes contínuo no tempo (CEV/MD), e o segundo é o Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD). Foi usado um modelo matemático não linear que representa um simulador de voo (Helicóptero 3-DOF da Quanser R ), que é um equipamento útil para o ensino, aplicação e desenvolvimento de técnicas de controle robusto. Os resultados experimentais obtidos, fazem uma comparação entre o controle contínuo e o controle discreto. Para que essa comparação seja feita foi inserida uma falha no sinal de controle. Mesmo diante das diferenças na resposta do sinal de controle, entre os controladores, o sistema teve um bom desempenho quando controlado pelo CEV/MD e CDMD, mostrando assim a eficiência da técnica de controle com Modos Deslizantes / Abstract: The main objective of this work is the exploration of the robust control technique with Sliding Mode (VSC-SM) for fault accommodation and attenuation in an aircraft's propulsion system. Two controllers were designed, Variable Structure Control with Sliding Mode (VSCSM) and Discrete Control with Sliding Modes (DCSM). For that, it was used a mathematical model of a flight Simulator of a Quanser's helicopter, named as 3-DOF Helicopter, which is an excellent module for teaching, application and development of robust control techniques. The results obtained in digital simulations show great performance of the system in fault when controlled by VSC-SM and DCSM / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-16Bitstream added on 2014-06-13T18:49:31Z : No. of bitstreams: 1 silva_jl_me_ilha.pdf: 4436511 bytes, checksum: a3ef3dcb55e4a2eca8bbc6e79470f5cc (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O principal objetivo do trabalho é explorar a técnica de controle robusto com Modos Deslizantes para a acomodação e atenuação de uma falha no sinal de controle de um helicóptero. Foram projetados dois controladores, o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes contínuo no tempo (CEV/MD), e o segundo é o Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD). Foi usado um modelo matemático não linear que representa um simulador de voo (Helicóptero 3-DOF da Quanser R ), que é um equipamento útil para o ensino, aplicação e desenvolvimento de técnicas de controle robusto. Os resultados experimentais obtidos, fazem uma comparação entre o controle contínuo e o controle discreto. Para que essa comparação seja feita foi inserida uma falha no sinal de controle. Mesmo diante das diferenças na resposta do sinal de controle, entre os controladores, o sistema teve um bom desempenho quando controlado pelo CEV/MD e CDMD, mostrando assim a eficiência da técnica de controle com Modos Deslizantes / The main objective of this work is the exploration of the robust control technique with Sliding Mode (VSC-SM) for fault accommodation and attenuation in an aircraft’s propulsion system. Two controllers were designed, Variable Structure Control with Sliding Mode (VSCSM) and Discrete Control with Sliding Modes (DCSM). For that, it was used a mathematical model of a flight Simulator of a Quanser’s helicopter, named as 3-DOF Helicopter, which is an excellent module for teaching, application and development of robust control techniques. The results obtained in digital simulations show great performance of the system in fault when controlled by VSC-SM and DCSM

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-25Bitstream added on 2014-06-13T19:06:56Z : No. of bitstreams: 1 fernandes_ub_me_ilha.pdf: 637735 bytes, checksum: e0ec28cfe51e61823ad56670d721ba9b (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Utilizando as técnicas de Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes (CEV/MD) é proposta aqui uma aplicação das mesmas em um sistema que representa 1/4 do modelo de Suspensão Ativa de um veículo. Teoria e projeto de preditores contínuo são apresentados com o intuito de obter bom desempenho na presença de atrasos no controle ou atrasos na aquisição de dados do sistema. Com a finalidade de verificar a robustez do CEV/MD é feita uma comparação com o controle LQR (Linear Quadratic Regulator) apresentando os resultados de simulações e implementações em bancada para algumas condições de operação, levando em consideração a presença de incertezas no sistema / Using the techniques of Control with Variable Structure and Sliding Mode (VSC/SM) is proposed here an implementation in a system that represents 1/4 of the model of an Active Suspension of a vehicle. Theory and design of continuous predictors are presented in order to obtain good performance in the presence of control delays or delays in the data acquisition system. In order to verify the robustness of the VSC/SM a comparison with the LQR control (Linear Quadratic Regulator) in presented good results of simulations and implementations for some operating conditions, taking into account the presence of uncertainties in the system, illustrated the proposed method

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Rodrigo Cardim / Banca: Alfredo Del Sole Lordelo / Resumo: Este trabalho trata de sistemas incertos com controle com modos deslizantes. O foco principal das contribuições é dado na investigação deste método de controle realizado através de rede de comunicação sujeitas a atrasos. Para minimizar os efeitos degenerativos dos atrasos, preditores de estado no seu formato mais simples são utilizados na lei de controle. São feitas análises da robustez da estabilidade e também da influência que as incertezas e atrasos exercem sobre o comportamento destes sistemas em malha fechada. Para corroborar os resultados apresentados nas análises, são realizadas simulações em um modelo matemático de um sistema de ordem dois, em um modelo linear do sistema de suspensão ativa e em um modelo não linear do sistema pêndulo invertido. Neste último, o atraso é tratado como uma falha e apresenta-se uma estratégia para detectar e adaptar os controladores a este tipo de falha. Também são investigados, através de simulações, aplicações do controle com modos deslizantes em dois processos integrantes do tratamento primário de petróleo / Abstract: This work deals with control of uncertain systems with sliding modes. The main focus of the contributions is given in the investigation of this method of control accomplished via communication network subject to time delay. To minimize the degenerative effects of delay, state predictors in its simpler format is used in the control law. Analyses of the stability robustness are made and also analyses about the influence that the uncertainties and delay exert on the behavior of closed-loop systems. To corroborate the results presented in the analyses, simulations are performed on a mathematical model of a system of order two, in a linear model of the active suspension system and a nonlinear model of the inverted pendulum system. In this last, the delay is treated as a failure and a strategy to detect and adapt the controllers to this type of failure is presented. Through simulations, sliding mode control in two processes of the primary oil treatment is also investigated / Mestre

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Banca: Ivan Nunes da Silva / Resumo: Neste trabalho investiga-se a capacidade de uma rede neural artificial, com ajustes de pesos em tempo real, executar o controle de sistemas por meio de uma estrutura de rastreamento de sinais em três contextos: inicialmente em uma série de sistemas lineares e não-lineares; em um segundo momento, a rede neural é utilizada no controle de sistemas sujeitos a incertezas paramétricas; e por fim, no controle de máquinas elétricas que podem ou não estar sujeitas a variações paramétricas, incertezas e perturbações lineares e não-lineares. Na primeira aplicação da rede neural artificial verifica-se o desempenho de rastreamento de sistemas lineares de 1 a , 2 a e 3 a ordens controlados em malha fechada por meio de simulações computacionais. Nesse sentido, calcula-se um índice de desempenho utilizando a integral do valor absoluto do erro (IAE - Integral of the Absolute Magnitude of the Error). Esse índice indica a proximidade da saída real do sistema com relação ao sinal de referência. Essa estrutura rastreadora de sinais poderá funcionar conjuntamente com controlador clássico Proporcional, Integral e Derivativo (PID). Testes são realizados utilizando controladores com estrutura variável e modos desli- zantes, os quais, são estratégias robustas às incertezas paramétricas do tipo casadas, todavia não apresentam o mesmo comportamento no que tange às incertezas do tipo não casadas. Dentro desse contexto, apresenta-se uma estratégia de controle utilizando redes neurais artificiais em conjunto com modos deslizantes para reduzir as influências de quaisquer tipos de incertezas e perturbações. A eficácia da estrutura de controle proposta é verificada por meio de simulações computacionais considerando um modelo de eixo lateral de um avião L-1011 em condições de voo. O controle de máquinas elétricas é realizado inicialmente em motor de corrente contínua e posteriormente em motor ... / Abstract: This thesis investigates the ability of an Artificial Neural Network (ANN), with real-time adjustable weights, to execute the control systems through a tracking structure for signals in three applications: in a series of linear and non-linear systems; to control systems subject to parametric uncertainties; and to control electrical machines that may be subject to linear and nonlinear disturbances and uncertainties. In the first application of ANN, it is verified the per- formance of tracking signals in systems of 1 st , 2 nd and 3 rd order through computer simulations results. In this regard, it estimates a performance index using the Integral of the Absolute va- lue of the Error (IAE), which indicates the difference between the system real output and the reference signal value. The proposed structure with the neural network is able to work with clas- sical compensators, the proportional, integral and derivative (PID) controller. Evaluation tests are performed using controllers with variable structure and sliding mode. This strategies pre- sents robustness to a class of parametric uncertainties, called matched parametric uncertainty. However, this technique is not robust related to unmatched uncertainty class. Thus, in this paper a control strategy is proposed based on ANN through sliding mode control technique to mini- mize the uncertainties and disturbances effects. In order to show the effectiveness of proposed method, simulation results are performed using a lateral axis model of an L-1011 in cruise flight conditions subject to the uncertainties and external disturbances. Initially, it is accompli- shed of direct current (DC) motors, and after that, the technique is applied to alternating current (AC) motors (three-phase induction). Through the combination of PID controller and ANN, some evaluations tests are performed in DC motors. The performance of induction motor has been addressed ... / Doutor

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Resumo: Usando dois controladores digitais com modos deslizantes, é proposto neste trabalho dois esquemas que minimizam os efeitos degenerativos causados pelo atraso no tempo de compu- tação do sinal de controle, que aqui é tratado como falha. Um observador robusto com modos deslizantes é utilizado neste trabalho, uma vez que nem sempre é possível ter acesso a todos os estados do sistema. Neste trabalho o observador tem um papel fundamental na detecção e acomodação da falha, pois através de um banco de observadores é gerado um resíduo que pos- sibilita a detecção da falha e determina qual controlador deve estar atuando sobre o sistema a ser controlado. Para validar os métodos propostos, são realizadas simulações e experimentos nos modelos do pêndulo invertido e no helicóptero 3DOF; ambos equipamentos da Quanser / Abstract: Using two digital controllers with sliding mode schemes that minimizes the degenerative effects caused by the delay in the computation time of the control signal are proposed in this work, which is here treated as failure. A robust observer with sliding mode is shown in this work, since it is not always possible to have access to all system states, but in this work the observer has a key role in the failure detection and accommodation, as observers are generated through a residue that directs the performance of the controller on the system being controlled. To test the proposed methods, simulations and experiments are performed on models of the inverted pendulum and the helicopter 3DOF, both Quanser equipment / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-20T03:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335025.pdf: 9453575 bytes, checksum: 8ae60b7f1dec126d8e389bd580336a3a (MD5) Previous issue date: 2015 / As microrredes (MR) CC se apresentam como uma solução para determinadas aplicações de distribuição de energia em que se exige expansão modular, eficiência e integração de energias renováveis. A arquitetura da microrrede CC baseia-se no agrupamento de diversas fontes de energia distribuída, dispositivos de armazenamento e cargas, todos acoplados por conversores de potência. A interação dinâmica provocada por essa estrutura de múltiplos estágios de conversores traz problemas de estabilidade, cujas causas são discutidas, bem como as possíveis soluções. Neste trabalho, propõe-se uma modelagem não linear da MR em que abstrai-se a diversidade de fontes/cargas e topologias de conversores, visando obter uma modelagem compacta do sistema. Tal modelagem permite a análise de estabilidade de grandes sinais do sistema de forma analítica, além de prever possíveis comportamentos dinâmicos de caráter oscilatório e de instabilidade que não são possíveis por meio da análise de modelos lineares. Adicionalmente, propõem-se dois controladores por modos deslizantes, integral e washout, para os conversores responsáveis pelo controle de tensão com o objetivo de adicionar amortecimento ativo durante perturbações. Dessa forma, estabelecem-se as regiões seguras de operação por meio da avaliação de diagramas de bifurcação e as diretrizes para o projeto de MR CC robustas.<br> / Abstract : DC micro-grids (MG) are presented as a solution for power distribution applications which requires modular expansion, efficiency and integration of renewable energy. DC MG architecture is based on the grouping of distributed energy resources, storage devices and loads, all coupled by power converters. The dynamic interaction caused by such multi-stage converter structure brings stability problems whose causes and solutions are discussed. It is proposed a nonlinear modeling of the MG which abstracts the diversity of sources/loads and power converters topologies in order to obtain a compact modeling of the system. This modeling allows the large signal stability analysis and it is capable to predict possible oscillatory behaviors and instabilities that are not possible through the analysis of linear models. It is further proposed sliding mode controllers, integral and washout, to the power converters responsible for voltage control in order to add active damping during disturbances. Thus, it is set up safe operating regions through the evaluation of bifurcation diagrams and guidelines for designing robust DC MGs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:17:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309733.pdf: 2519130 bytes, checksum: 7602e40a2e60c8ab13d918a214b4a9ec (MD5) / Em referência ao controle de inclinação de um triciclo estreito tratado em Faria (2010) e Roqueiro e Fossas (2010), um controlador por modo de deslizamento robusto baseado no ângulo de direção e a velocidade foi projetado seguindo metodologias atuais disponíveis no âmbito do controle por modo de deslizamento - a diagonalização e o controle vetorial unitário. Embora a dinâmica do triciclo tenha nove graus de liberdade, as leis de controle foram baseadas em um modelo simplificado de uma bicicleta de dois graus de liberdade. Numa primeira parte, uma lei de controle é projetada para o modelo da bicicleta, seguindo a abordagem da diagonalização. Em uma segunda parte, o modelo da bicicleta é aumentado com a inclusão da dinâmica dos atuadores, e uma nova lei de controle é projetada através da diagonalização e a metodologia do controle vetorial unitário. Em uma seção final, as leis de controle são validadas em simulação no modelo completo do triciclo com presença e ausência de perturbações de rugosidade na pista e vento lateral. / Along the lines of the tilt controlled narrow tricycle treated in Faria (2010) and Roqueiro e Fossas (2010), a robust sliding mode controller based on the steer angle and the speed has been designed by following two current methodologies available in the framework of sliding mode control - the decoupling approach and the unit vector control. The actual tricycle model has nine degrees of freedom, however, the control laws were based on a more simplified but representative two degrees of freedom model of a bicycle. In a first stage, a control law is designed for this bicycle model, by following the decoupling approach. In a second stage, the two degrees of freedom model is augmented to take the actuators dynamics into account and the sliding controls are defined via the decoupling and the unit vector methodologies. In a final section, control laws are validated in simulation on the complete model of the tricycle with the presence and absence of disturbances of ground and crosswind.

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-01-29. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:35Z : No. of bitstreams: 1 000829984.pdf: 9569893 bytes, checksum: 17afd948df11794efc7b1b77ce1bf2d4 (MD5) / Neste trabalho investiga-se a capacidade de uma rede neural artificial, com ajustes de pesos em tempo real, executar o controle de sistemas por meio de uma estrutura de rastreamento de sinais em três contextos: inicialmente em uma série de sistemas lineares e não-lineares; em um segundo momento, a rede neural é utilizada no controle de sistemas sujeitos a incertezas paramétricas; e por fim, no controle de máquinas elétricas que podem ou não estar sujeitas a variações paramétricas, incertezas e perturbações lineares e não-lineares. Na primeira aplicação da rede neural artificial verifica-se o desempenho de rastreamento de sistemas lineares de 1 a , 2 a e 3 a ordens controlados em malha fechada por meio de simulações computacionais. Nesse sentido, calcula-se um índice de desempenho utilizando a integral do valor absoluto do erro (IAE - Integral of the Absolute Magnitude of the Error). Esse índice indica a proximidade da saída real do sistema com relação ao sinal de referência. Essa estrutura rastreadora de sinais poderá funcionar conjuntamente com controlador clássico Proporcional, Integral e Derivativo (PID). Testes são realizados utilizando controladores com estrutura variável e modos desli- zantes, os quais, são estratégias robustas às incertezas paramétricas do tipo casadas, todavia não apresentam o mesmo comportamento no que tange às incertezas do tipo não casadas. Dentro desse contexto, apresenta-se uma estratégia de controle utilizando redes neurais artificiais em conjunto com modos deslizantes para reduzir as influências de quaisquer tipos de incertezas e perturbações. A eficácia da estrutura de controle proposta é verificada por meio de simulações computacionais considerando um modelo de eixo lateral de um avião L-1011 em condições de voo. O controle de máquinas elétricas é realizado inicialmente em motor de corrente contínua e posteriormente em motor ... / This thesis investigates the ability of an Artificial Neural Network (ANN), with real-time adjustable weights, to execute the control systems through a tracking structure for signals in three applications: in a series of linear and non-linear systems; to control systems subject to parametric uncertainties; and to control electrical machines that may be subject to linear and nonlinear disturbances and uncertainties. In the first application of ANN, it is verified the per- formance of tracking signals in systems of 1 st , 2 nd and 3 rd order through computer simulations results. In this regard, it estimates a performance index using the Integral of the Absolute va- lue of the Error (IAE), which indicates the difference between the system real output and the reference signal value. The proposed structure with the neural network is able to work with clas- sical compensators, the proportional, integral and derivative (PID) controller. Evaluation tests are performed using controllers with variable structure and sliding mode. This strategies pre- sents robustness to a class of parametric uncertainties, called matched parametric uncertainty. However, this technique is not robust related to unmatched uncertainty class. Thus, in this paper a control strategy is proposed based on ANN through sliding mode control technique to mini- mize the uncertainties and disturbances effects. In order to show the effectiveness of proposed method, simulation results are performed using a lateral axis model of an L-1011 in cruise flight conditions subject to the uncertainties and external disturbances. Initially, it is accompli- shed of direct current (DC) motors, and after that, the technique is applied to alternating current (AC) motors (three-phase induction). Through the combination of PID controller and ANN, some evaluations tests are performed in DC motors. The performance of induction motor has been addressed ...