Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-28T12:32:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoControladorAmortecedor.pdf: 2067411 bytes, checksum: 2542d90e45a2de378970e108dbe724bd (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-28T13:43:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoControladorAmortecedor.pdf: 2067411 bytes, checksum: 2542d90e45a2de378970e108dbe724bd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T13:43:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoControladorAmortecedor.pdf: 2067411 bytes, checksum: 2542d90e45a2de378970e108dbe724bd (MD5) Previous issue date: 2016-03-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta o projeto de um Estabilizador para o amortecimento das oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência usando técnicas de controle robusto baseadas em incertezas paramétricas afins. Esses sistemas são representados por modelos que apresentam incertezas em seus parâmetros, referentes às variações das condições de operação. A metodologia de projeto é estruturada de forma a fornecer um estabilizador que forneça o máximo amortecimento ao sistema, especificado por um politopo de polinômios característicos. Para isso, usa-se a técnica de alocação robusta de polos e o teorema de Chebyshev, integrados à solução de técnicas de programação linear, para o projeto do controlador. Esta técnica permite incorporar restrições ao desempenho do sistema, correspondendo às incertezas presentes no sistema, deixando o projeto do controlador mais robusto. Comparações do controlador robusto com um controlador tradicional são feitas a fim de avaliar os resultados obtidos e validar as vantagens do uso de controladores robustos. Os resultados e as comparações são realizados em ambientes de simulação usando o software MATLAB/SIMULINK, que permite modelar e simular todos os tipos de sistemas dinâmicos. / This work presents the design of a Stabilizer for the damping of the electromechanical oscillations in electric power systems using robust control technical based on affine parametric uncertainties. These systems are represented by models that have uncertainties in yours parameters, relating to changes in operating conditions. The project methodology is structured to provide a stabilizer that provides the maximum damping to the system, specified by a polytope of characteristic polynomials. For this, it is used poles robust allocation techniques and Chebyshev's theorem, integrated into the solution of linear programming techniques, for the controller design. This technique allows incorporating restrictions on system performance, corresponding to the uncertainties present in the system, making the controller design more robust. Comparisons of the robust controller with a classic controller are made in order to evaluate the results and validate the advantages of the use of controllers designed by the technique proposal. The results and comparisons are performed in simulation environments using MATLAB / SIMULINK software, which allows to model and simulate all kinds of dynamic systems.

[pt] Nesta dissertação, um transportador pessoal robótico auto-equilibrante (TPRE) foi desenvolvido, consistindo de uma plataforma com duas rodas que funciona a partir do equilíbrio do indivíduo que o utiliza, assemelhando-se ao funcionamento do clássico pêndulo invertido. Entre as características que o TPRE tem, podem-se destacar a rapidez na movimentação, o uso de um espaço reduzido, alta capacidade de carga, e capacidade de fazer curvas de raio nulo. Ao contrário de veículos motorizados tradicionais, o TPRE utiliza alimentação elétrica, portanto não gera emissões poluentes e, além disso, não contribui com poluição sonora. Para a locomoção, são utilizados dois motores de corrente contínua de potências entre 0,7HP e 1,6HP. Para medir o ângulo de inclinação e a velocidade da variação do ângulo de inclinação, é utilizado um acelerômetro de três eixos e um girômetro de um eixo. Para indicar a direção do TPRE, foi utilizado um potenciômetro deslizante. A modelagem dinâmica do sistema foi feita usando o método de Kane, utilizada posteriormente em simulações na plataforma Matlab. O controlador lê os sinais provenientes do acelerômetro, do girômetro e do potenciômetro deslizante, e envia o sinal de controle, em forma de PWM, a placas controladoras de velocidade dos motores, usando a linguagem eLua. Os algoritmos de controle desenvolvidos neste trabalho foram PID, Fuzzy e Robusto, tendo como variáveis de controle o erro e a velocidade da variação do erro do ângulo de inclinação. Experimentos demonstram que os controles Fuzzy e Robusto reduzem significativamente as oscilações do sistema em terrenos planos em relação ao PID. Verifica-se também uma maior estabilidade para terrenos irregulares ou inclinados. / [en] A Self Balancing Personal Transporter (SBPT) is a robotic platform with two wheels that functions from the balance of the individual who uses it, resembling the operation of classic inverted pendulum. In this thesis, a SBPT is designed, built and controlled. Among the features from the developed SBPT, it can be mentioned: relatively high speeds, agility, compact aluminum structure, zero turn radius, and high load capacity, when compared to other SBPT in the market. Unlike traditional motor vehicles, the SBPT uses electric power, so there is no polluent emissions to the environment and no noise pollution. It is powered by two motors with output powers between 0.7HP and 1.6HP. To measure the tilt angle and its rate of change, a three-axis accelerometer and a gyroscope are used. The turning commands to the SBPT are sent through a potentiometer attached to the handle bars. The method of Kane is used to obtain the system dynamic equations, which are then used in Matlab simulations. The controller, programmed in eLua, reads the signals from the accelerometer, gyroscope and potentiometer slider, process them, and then sends PWM output signals to the speed controller of the drive motors. This thesis studies three control implementations: PID, Fuzzy and Robust Control. The control variables are the error and error variation of the tilt angle. It is found that the Fuzzy and Robust controls are more efficient than the PID to stabilize the system on inclined planes and on rough terrain.

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Resumo: Este trabalho aborda um tema recorrente em implementações práticas de sistemas de controle automático, que é a falha de medição dos sensores. Considerou-se que o vetor de estado disponível para a realimentação, denominado x_M(t), apresenta incertezas politópicas, relacionadas às falhas nos sensores. Uma das contribuições desse trabalho é a representação adequada em espaço de estados de um sistema linear e invariante no tempo utilizando x_M(t) e supondo as incertezas de medição invariantes no tempo. Com esta descrição, é proposto um procedimento de projeto de controle chaveado que garante a estabilidade do sistema controlado, com uma taxa de decaimento (beta) mínima previamente especificada. É apresentado um teorema que diminui a norma do controlador, para assim evitar problemas de saturação e uma forma de escolher outros vértices do politopo para diminuir o conservadorismo do sistema. Resultados teóricos e de simulações comprovam que o controlador chaveado proposto é menos conservativo do que o controlador tradicional com apenas um único ganho. Esse trabalho aborda também uma proposta para o projeto de um controlador que garante a estabilidade e uma taxa de decaimento mínima para o sistema controlado, mesmo que as falhas nos sensores variem no tempo. Ambos os projetos de controle são baseados em desigualdades matriciais lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalities - LMIs) e utilizam uma função de Lyapunov do tipo quadrática. Análises teóricas, resultados de simulações e im... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-21Bitstream added on 2014-06-13T19:26:17Z : No. of bitstreams: 1 iliuk_i_me_bauru.pdf: 2013927 bytes, checksum: e94fef7f2a027b1dc8fe2b2da4ecc240 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... / In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation presents as the main contribution the design and experimental validation of a robust H2 controller applied to boost converters with variations on the parameters load resistance, input voltage and operating point duty cycle. First, a polytopic model of the plant is presented, allowing to represent all the possible variations of the parameters within intervals previously established. Design conditions for a robust H2 controller, optimal under the quadratic stability, are detailed and used, allowing to efficiently calculate the controller gains. These gains are implemented with analog circuitry and the closed-loop system is tested by means of simulation and experimental results, which show a good match and illustrate a good performance. Finally, the small perturbation rejection capacity of the closed-loop system subject to parametric variations is evaluated using the H∞ guaranteed cost. / Esta dissertação apresenta como principal contribuição o projeto e a validação experimental de um controlador robusto H2 aplicado a conversores boost com variações nos parâmetros resistência de carga, tensão de entrada e razão cíclica do ponto de operação. Primeiramente, um modelo politópico da planta é apresentado, permitindo representar todas as situações de variações possíveis dos parâmetros mencionados, dentro de intervalos previamente estabelecidos. Condições de projeto de um controlador robusto H2, ótimo sob a estabilidade quadrática, são detalhadas e utilizadas, permitindo calcular eficientemente os ganhos do controlador. Estes ganhos são implementados de forma analógica e o sistema em malha fechada é testado por meio de resultados experimentais e de simulação, que apresentam uma boa correspondência e ilustram um bom desempenho. Por fim, a capacidade de rejeição de pequenas perturbações do sistema em malha fechada sujeito a variações paramétricas é avaliada utilizando o custo garantido H∞.

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Resumo: Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Estuda-se o problema de sintonia de controladores, objetivando-se a formulação do problema de sintonia ótima de controladores. Busca-se uma formulação que seja geral, ou seja, válida para qualquer estrutura de controlador e qualquer conjunto de especificações. São abordados dois temas principais: especificação de controladores e sintonia ótima de controladores. São compiladas as principais formas de especificação e avaliação de controladores e é feita a formulação do problema de sintonia de controladores como um problema padrão de otimização. A abordagem proposta e os conceitos apresentados são então aplicados em um conjunto de exemplos. / The problem of control tuning is studied, aiming the formulation of the optimal control tuning problem. A general formulation, valid for any controller structure and any set of specifications, is sought. Two main themes are addressed: controller specification and optimal controller tuning. The main ways of controller specification and assessment are compiled and the optimal controller tuning problem is formulated as a standard optimization problem. The proposed approach and the presented concepts are then applied in a set of examples.

Em metalurgia, a busca pela qualidade, baixo custo e alta produtividade têm feito empresas e institutos de pesquisa trabalharem juntos, procurando novas tecnologias que supram as necessidades do mercado. Dentre essas novas tecnologias, se destaca o processo de lingotamento contínuo de tiras de aço, utilizando o conceito de twin roll, cuja proposição inicial foi sugerida no século XIX por Henry Bessemer. Este trabalho apresenta a modelagem, análise e controle de um sistema de bobinamento de tiras de aço produzidas através de lingotamento contínuo do tipo twin roll , em uma planta localizada no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. As características do processo foram primeiramente apresentadas. A modelagem matemática do sistema de bobinamento foi realizada, levando-se em consideração os componentes envolvidos no sistema. As variações paramétricas foram então evidenciadas. O sistema de controle foi primeiramente implementado utilizando-se um controlador do tipo PID, pelo fato desse tipo de controle ser altamente difundido industrialmente. Para maior precisão do sistema de controle, propôs-se a introdução de um sensor ultrasônico para medição das variações do raio de bobinamento. Por último realizou-se o projeto de um compensador robusto utilizando a metodologia LQG/LTR. Para a realização das simulações utilizou-se o programa Matlab/simulink. / In metallurgy, the quest for quality, low cost, and high productivity have resulted in companies and research institutes working together to find new technologies to satisfy the customer demand. Among these new technologies is the direct steel strip casting, using the twin roll concept suggested in the 19th century by Henry Bessemer. This work presents the modelling, analysis and control of a steel strip coiling system using twin roll direct casting, in a plant installed at the Technological Research Institute of Sao Paulo. The characteristics of the process are first introduced. The mathematic modelling of the coiling system used, take into account the system components. The parametric changes were adressed. The control system was first implemented using a PID controller as this kind of control is highly used in the industry. An ultrasonic sensor was introduced in the system to improve the control precision by coiling radius measurement. Last a robust compensator using the LQG/LTR method was designed. The simulations were done using Matlab/Simulink software.

Nesta dissertação é realizado um estudo comparativo entre controladores robustos projetados para sistemas lineares em espaço de estado sujeitos a incertezas paramétricas. O objetivo é resolver problemas de acompanhamento de trajetória de robôs. O estudo é realizado em um robô móvel com tração diferencial e em um quadricóptero. Para tal, é aplicado um Regulador Linear Quadrático Robusto no qual engloba em uma estrutura unificada todos os parâmetros de incerteza de entrada e saída de maneira recursiva, útil em aplicações em tempo real. A fim de demonstrar a eficiência do Regulador Robusto, resultados de simulações e de experimentos são empregados comparando-o com controle Η∞ não linear via teoria dos jogos e com um controle Proporcional-Derivativo mais torque calculado. / This work provides a comparative study between robust controllers for linear statespace systems subject to parametric uncertainties to solve trajectory tracking problems. The study is developed in a mobile robot with differential traction and in a quadricopter. A Robust Linear Quadratic Regulator is applied, which encompasses in a unified framework all input and output uncertain parameters, useful in online applications. In order to show the effectiveness of the robust regulator, simulations and experiments results allow the comparison with nonlinear Η∞ control via game theory and with a Proportional- Derivative control plus computed torque.

[pt] Esta tese teve como objetivo o estudo do problema de Desempenho H2 Robusto, com enfase para o caso de perturbações lineares não estruturadas nos fatores coprimos normalizados da função de transferência que representa uma determinada planta nominal. A primeira parte desta tese foi dedicada à determinação de um novo índice de Desempenho H2 Robusto pela utilização de limitantes superiores, levando em conta dois fatores: melhoria destes limitantes com relação aos limitantes propostos na literatura e viabilidade de sua implementação numérica. A parte seguinte da tese foi dedicada à determinação de elementos que influenciam no Desempenho H2 Robusto. Estes elementos serviram de base para a definição de problemas de controle multiobjetivos que, por sua vez, geraram uma classe de controladores sobre a qual foi otimizado o índice de Desempenho H2 Robusto proposto nesta tese. / [en] The objective of this thesis was the study of the Robust H2 Performance problem, with emphasis on the case of linear and unstructured perturbations on the normalized coprime factors of the transfer function that represents the nominal plant. The first was dedicated to the determination of a new Robust H2 Performance index, by the utilization of upper bounds, taking into accunt two factors: better upper bounds, with relation to upper bonds proposed in the literature, and numerical implementation viability. The second part was dedicated to the determination of elements that have influence in the Robust H2 Performance. These elements became a basis for the definition of multiobjetive control problems, that generate a class of controllers, over which the Robust H2 Performance index, proposed in the first part of this thesis, was optimizated.