Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O manejo avícola é uma atividade criteriosa a ser realizada em galpões de criação de frangos de corte. Nele estão inseridas tarefas como manutenção da higiene, sanidade e, principalmente, controle de ambiência. A temperatura e a umidade são os principais parâmetros para que se atinja o equilíbrio térmico. No entanto, grande parte dos sistemas de controle de ambiência para aviários disponíveis no mercado não apresentam a eficiência desejável, caracterizada pela manutenção da temperatura e da umidade e máxima homogeneização possível destas variáveis ao longo do ambiente. Ao contrário disso, o que se observa é que, mesmo na presença de sistemas semiautomáticos de controle, as principais decisões de manejo ainda dependem da percepção do especialista (avicultor) para observar o processo e configurar os parâmetros do controlador. Além de ser ineficiente, esta atividade também é incômoda e propensa a erros. Esta dissertação propõe um framework para o controle, a supervisão e a tomada de decisões em processos avícolas. Inicialmente, é sistematizada a coleta de um conjunto de eventos relacionados à temperatura e umidade, de maneira a prover mais detalhes sobre as condições climáticas internas do aviário. A partir disso, são apresentadas as etapas de modelagem e de síntese de controle com base na Teoria de Controle Supervisório (TCS), em suas versões monolítica e modular local, as quais são comparadas e fundamentam a implementação física, em microcontrolador. As vantagens da abordagem escolhida em relação à homogeneização da temperatura e da umidade em aviários são ilustradas via simulação e comparadas a um cenário tradicional de manejo. Resultados finais ainda fornecem uma opção de supervisão remota do processo utilizando uma ferramenta SCADA. / Poultry management is a judicious activity to be carried out in poultry farms. In it are inserted tasks like maintenance of hygiene, sanity and, mainly, ambience control. Tem- perature and humidity are the main parameters for achieving thermal equilibrium. However, most ambience control systems for aviaries available on the market don’t have the desirable efficiency, characterized by the maintenance of temperature and humidity and maximum possible homogenization of these variables throughout the environment. Instead, what is observed is that, even in the presence of semiautomatic control systems, the main management decisions still depend on the expert’s perception (aviculturist) to observe the process and configure the parameters of the controller. In addition to being inefficient, this activity is also cumbersome and prone to errors. This dissertation proposes a framework for control, supervision and decision making in poultry process. Initially, it is systematized the collection of a set of events related to temperature and humidity, in order to provide more details about the internal climatic conditions of the aviary. From this, the modeling and control synthesis steps are presented based on the Supervisory Control Theory (TCS), in its monolithic and modular versions, which are compared, and give support the physical implementation in microcontroller. The advantages of the approach chosen in relation to the homo- genization of temperature and humidity in aviaries are illustrated by simulation and compared to a traditional management scenario. Final results still provide a remote process supervision option using a SCADA tool.

A produção de frangos de corte vem assumindo papel de grande importância socioeconômica para o Brasil. Para o sucesso no desenvolvimento das aves, é fundamental um controle adequado de temperatura e umidade no interior do aviário, uma vez que o conforto térmico define a relação entre o consumo de ração e a produção de carne. Os métodos atuais de controle, comumente utilizados nos aviários brasileiros, não apresentam a eficiência desejável. Apesar de existirem dispositivos semiautomáticos, esses são dependentes da percepção e da intervenção do especialista humano, o que tende a ser ineficiente e propenso a erros. Esta pesquisa propõe uma abordagem integrada de controle, supervisão e suporte à tomada de decisões para aplicação no manejo avícola. Serão analisadas duas abordagens de controle apresentadas na literatura e então será proposta uma abordagem híbrida de integração. A primeira apresenta um controlador baseado na Teoria de Controle Supervisório (TCS), capaz de observar o conjunto de eventos da planta e orquestrar os atuadores de maneira minimamente restritiva, controlável, não bloqueante e de acordo com um conjunto de especificações. A segunda trata de um modelo de aprendizagem de máquina que, através de uma Rede Neuronal Artificial (RNA), fornece planos de ação para o manejo avícola, priorizando o bem-estar das aves e a produtividade. As duas abordagens serão examinadas e em seguida integradas, fornecendo ao operador três opções de gerenciamento do processo: controle puramente lógico (TCS); controle através da estratégia de inteligência artificial (RNA); e o controle lógico integrado aos planos de ação fornecidos pelo sistema especialista. Vencida a etapa de integração, é simulada uma situação real de manejo, e obtidas as respostas para as três opções de controle. Finalmente é apresentada uma análise comparativa entre os resultados obtidos por meio de cada abordagem. / The production of broilers has assumed a role of great socioeconomic importance for Brazil. For the success in the development of the poultry, an adequate control of temperature and humidity inside the aviary is essential, since the thermal comfort defines the relation between the feed consumption and the meat production. Current control methods, commonly used in Brazilian aviaries, do not have the desired efficiency. Although there are semiautomatic devices, they are dependent on the perception and intervention of the human expert, which tends to be inefficient and prone to errors. This research proposes an integrated approach to control, supervision and support to decision making for application in poultry management. Two control approaches presented in the literature will be analyzed and a hybrid integration approach will be proposed. The first one deals with a controller based on Supervisory Control Theory (TCS), able to observe the set of events of the plant and orchestrate the actuators in a minimally restrictive, controllable, non-blocking manner and according to a set of specifications. The second concerns a machine learning model that, through an artificial neural network (RNA), provides action plans for poultry management, prioritizing poultry welfare and productivity. The two approaches will be refined and then integrated, which will provide the operator with three process management options: purely logical control (TCS); control through artificial intelligence (RNA) strategy; and the logical control integrated to the action plans provided by the expert system. Once the integration stage is over, real management situations is= simulated, and responses are obtained for the three control options. Finally, a comparative analysis is presented between the results obtained through each approach.

CAPES / A geração de energia a partir de fontes alternativas é na atualidade tema de inúmeras pesquisas e desenvolvimento no meio científico e industrial. A energia eólica destaca-se nesse cenário como uma das mais proeminentes alternativas na geração de energia elétrica, por suas inúmeras vantagens. Em trabalhos de pesquisa, a reprodução computacional e em bancada do comportamento de uma turbina eólica, incluindo simulação de grandezas mecânicas e elétricas, que afetam diretamente a conversão de energia, são ferramentas muito apropriadas para o desenvolvimento e estudo de novas tecnologias quanto ao aproveitamento do potencial eólico de uma determinada região. Este trabalho aborda estudos referentes ao processo de conversão de energia em sistemas eólicos para geração de energia elétrica, com a finalidade de se desenvolver uma ferramenta para emulação de turbina eólica em bancada experimental, utilizando software LabVIEW®. O objetivo desta ferramenta é emular o torque mecânico desenvolvido no eixo de uma turbina eólica operando em geração distribuída, a partir de uma bancada experimental constituída por motor de indução trifásico e gerador síncrono a imã permanente, sob diferentes condições de velocidade de vento. Tal ferramenta possui o objetivo de ser flexível para demais arranjos laboratoriais, ou seja, capaz de ser empregada em outras estruturas de emulação de geração eólica em tempo real. Uma modelagem do sistema eólico é apresentada, desde a turbina ao gerador elétrico, após uma ferramenta de simulação em ambiente Matlab/Simulink® é desenvolvida com finalidade de pré-validar o experimento em bancada, então é realizada a implementação de projeto em bancada. / Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

CAPES / A geração de energia a partir de fontes alternativas é na atualidade tema de inúmeras pesquisas e desenvolvimento no meio científico e industrial. A energia eólica destaca-se nesse cenário como uma das mais proeminentes alternativas na geração de energia elétrica, por suas inúmeras vantagens. Em trabalhos de pesquisa, a reprodução computacional e em bancada do comportamento de uma turbina eólica, incluindo simulação de grandezas mecânicas e elétricas, que afetam diretamente a conversão de energia, são ferramentas muito apropriadas para o desenvolvimento e estudo de novas tecnologias quanto ao aproveitamento do potencial eólico de uma determinada região. Este trabalho aborda estudos referentes ao processo de conversão de energia em sistemas eólicos para geração de energia elétrica, com a finalidade de se desenvolver uma ferramenta para emulação de turbina eólica em bancada experimental, utilizando software LabVIEW®. O objetivo desta ferramenta é emular o torque mecânico desenvolvido no eixo de uma turbina eólica operando em geração distribuída, a partir de uma bancada experimental constituída por motor de indução trifásico e gerador síncrono a imã permanente, sob diferentes condições de velocidade de vento. Tal ferramenta possui o objetivo de ser flexível para demais arranjos laboratoriais, ou seja, capaz de ser empregada em outras estruturas de emulação de geração eólica em tempo real. Uma modelagem do sistema eólico é apresentada, desde a turbina ao gerador elétrico, após uma ferramenta de simulação em ambiente Matlab/Simulink® é desenvolvida com finalidade de pré-validar o experimento em bancada, então é realizada a implementação de projeto em bancada. / Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moacyr Carlos Possan Junior.pdf: 1940795 bytes, checksum: 58824c0ca3ed2180f9e245d34118e117 (MD5) Previous issue date: 2009-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new methodology for the modeling of supervisory control systems based on state machines with outputs, obtained from the automata which represent the supervisors found with the usage of the Supervisory Control Theory (SCT) of Discrete Event Systems (DES). Procedures like that are useful to create the documentation which represents the control logic for large scale systems and for the code generation, as well as allows that the documentation and program code updates be easier when new requirements to change the control logic in flexible systems appear. Besides, it makes way for the generation of more reliable solutions and also for the possibility of automatic code generation. The proposed technique consists on the obtaining of finite state machines with outputs using as input information the automata of the supervisors obtained by the SCT and the control actions of the system, where the control logic redundancies existing in the model of the automata are eliminated. Methodologies based on either monolithic or local modular approach are proposed, where the obtained machines are further simplified in order to have simpler models which are used as templates for the implementation in Programmable Logic Controller (PLC) using Ladder language. The methodology is shown using a simple manufacturing system as example to help on its understanding. Besides, this work deals with the difficulties found in the migration from the event based theory in the TCS to the signal based practice for the CLPs. After the presentation of this methodology, it is performed the modeling and implementation for a larger system, a manufacturing cell where a comparison with another existing methodology which also has the SCT as base is performed in order to verify the advantages and disadvantages of such methodology. / Este trabalho apresenta uma nova metodologia para a modelagem de sistemas de controle supervisório baseados em máquinas de estados com saídas, obtidas a partir dos autômatos que representam os supervisores encontrados com o uso da Teoria de Controle Supervisório (TCS) de Sistemas a Eventos Discretos (SEDs). Procedimentos como este são úteis para criar a documentação relativa à especificações de sistemas de grande porte e à geração de código, assim como permitem que a atualização da documentação e do código seja facilitada quando surgem novos requisitos para variação da lógica de controle em sistemas flexíveis. Além disso, isso abre espaço para a geração de soluções mais confiáveis e também para a possibilidade de geração automática de código. A técnica proposta consiste em obter máquinas de estados finitos com saídas usando como informação os autômatos dos supervisores obtidos por intermédio da TCS e as ações de controle do sistema, onde redundâncias da lógica de controle presentes no modelo do autômato são eliminadas. São propostas abordagens tanto no contexto monolítico quanto no contexto modular local, onde as máquinas obtidas são reduzidas posteriormente com o intuito de obter modelos mais simples, que servem como referência para a implementação em Controlador Lógico Programável (CLP) usando linguagem Ladder. A metodologia é demonstrada usando um sistema de manufatura simples como exemplo a fim de facilitar sua compreensão. Além disso, este trabalho trata das dificuldades encontradas na migração da teoria baseada em eventos da TCS na prática baseada em sinais dos CLPs. Após a apresentação da metodologia, é feita a modelagem e implementação para um sistema de maior porte, uma célula de manufatura onde é efetuada uma comparação com uma metodologia já existente que também têm como base a TCS, com o intuito de verificar as vantagens e desvantagens dessa metodologia

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre Pinotti.pdf: 2613359 bytes, checksum: 2102dc273398a9bfa8e51bb28b5fded1 (MD5) Previous issue date: 2012-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a method for embedded systems design based on the Supervisory Control Theory for Discrete-Event Systems. The method is composed of steps comprising the specification phase until the approval of the control system. The conception phase is based on the local modular approach for the synthesis of minimally restrictive supervisors that constrains the plant behavior by disabling controllable events and are nonblocking with respect to the set of marked states. The method also includes an implementation architecture for the supervisory control applied to microcontrollers to solve problems such as causality, choice and inexact synchronization. An interface concentrates all controllable and uncontrollable events generation. It deals with the choice problem when reduced supervisors are implemented, randomly choosing one controllable event among the possible ones. This dissertation also presents a tool developed for the automatic code generation of the proposed implementation structure. The main module code is generated to be independent of the number of supervisors and plant models, that is, is the same for any control application. The tool is used to obtain the control applied to a case study and also for the temperature control of a commercial refrigerator. The control system has been validated using the same tools applied for the validation of household appliances at Whirlpool Corporation / Neste trabalho é proposto um método de projeto para sistemas embarcados concebido com base na Teoria de Controle Supervisório de Sistemas a Eventos Discretos. O método é composto por etapas que vão desde a especificação até a aprovação do sistema de controle. A etapa de concepção do método utiliza da abordagem modular local para síntese de supervisores minimamente restritivos que limitam o comportamento da planta através da desabilitação de eventos controláveis e são não bloqueantes em relação ao conjunto de estados marcados. O método ainda inclui uma arquitetura de implementação do controle supervisório direcionada para microcontroladores, visando solucionar os problemas da causalidade, escolha e sincronização inexata. Uma interface é concebida para concentrar a geração de eventos controláveis e não controláveis. Apresenta-se uma solução para o problema da escolha quando são implementados supervisores reduzidos sendo tal escolha realizada de modo online definindo um evento controlável, entre os possíveis, de forma aleatória. Apresenta-se uma ferramenta desenvolvida para a geração de código baseada na estrutura de implementação proposta. O código do módulo principal é gerado de forma a ser independente do número de supervisores e modelos de planta envolvidos, sendo o mesmo para qualquer aplicação de controle. Utiliza-se a ferramenta para obtenção do código da lógica de controle em um estudo de caso e para a regulação de temperatura em um refrigerador comercial. A validação do controle é realizada utilizando-se de ferramentas aplicadas à validação de eletrodomésticos da linha branca na Whirlpool Eletrodomésticos.