The popularity of distributed generating (DG) sources have been increasing over the past few years. With the increasing penetration of these DGs, the concept of micro grid is becoming popular. A micro grid is a small power system network with distributed generating sources which can operate seamlessly irrespective of the presence of the utility grid. Operating the micro grid in this manner increases system reliability and reduces power interruptions. However, it introduces several control challenges. This thesis aims at analysing the behaviour of a micro grid system during the transition between grid connected mode and islanded mode of operation and address the control challenges through novel schemes. With the presence of grid, the micro grid system variables, such as voltage and frequency, are strictly regulated by the grid. The local sources follow the voltage and frequency reference set by the grid and supply constant power. With the loss of grid, that is when the system is islanded, the network variables need to be regulated by the local sources. The control structures for the inverter-based sources during the two operating modes are detailed in the present work. With the loss of grid, the system should be able to transfer seamlessly to islanded mode without any transients. Similarly, when the grid supply is restored, the micro grid should seamlessly resynchronize to the grid without any transients. This thesis proposes two novel controller schemes for achieving seamless transfer between grid-connected and islanded mode in micro grids. The rst scheme uses an output feedback topology to reduce the transitions during mode transfer. The second scheme uses a Linear Quadratic Regulator (LQR) theory based compensator to achieve seamless transfer. The performance of the proposed schemes have been validated through simulations on a benchmark micro grid network for various operating conditions. An experimental micro grid set-up is developed with a single inverter based DG source. The droop control scheme for islanded mode of operation has been validated on hardware.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-25Bitstream added on 2014-06-13T19:26:16Z : No. of bitstreams: 1 buzachero_lfs_me_ilha.pdf: 810037 bytes, checksum: 87b0daa8f9193eb11af167f798712fc5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho propõem-se novas técnicas para otimização da norma de controladores robustos de sistemas dinâmicos lineares sujeitos a falhas estruturais, utilizando realimentação dos estados. As técnicas de projeto utilizadas baseiam-se em LMIs (do inglês Linear Matrix Inequalities) formuladas com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov, utilizando o lema de Finsler e o lema projetivo recíproco. As LMIs utilizadas tiveram o acréscimo da restrição da taxa de decaimento, incluindo o parâmetro g nas LMIs, responsável por diminuir o tempo de duração do transitório dos sistemas realimentados. Foram realizadas comparações qualitativas e quantitativas entre os métodos de projeto com otimização da norma dos controladores, visando alternativas de controladores com menor norma e melhor desempenho que atendam às restrições do projeto. O trabalho se encerra com uma seção de conclusões e perspectivas futuras / This work proposes new techniques to optimize robust controllers norm of linear systems subject to structural failures, with states feedback. The design techniques used are based on LMIs (Linear Matrix Inequalities) formulated on the basis of Lyapunov’s stability theory, using Finsler’s lemma and reciprocal projection lemma. The LMIs have used the addition of the decay rate restriction, including a parameter g in the LMIs, responsible for decreasing the settling time of the feedback system. Qualitative and quantitative comparisons were made between methods of design and optimization of the robust controllers norm, seeking alternatives with small norm and better performance that meet the design constraints. The work ends with a section of conclusions and future prospects

Orientador: Edvaldo Assunção / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Celso Correia de Souza / Resumo: Neste trabalho propõem-se novas técnicas para otimização da norma de controladores robustos de sistemas dinâmicos lineares sujeitos a falhas estruturais, utilizando realimentação dos estados. As técnicas de projeto utilizadas baseiam-se em LMIs (do inglês Linear Matrix Inequalities) formuladas com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov, utilizando o lema de Finsler e o lema projetivo recíproco. As LMIs utilizadas tiveram o acréscimo da restrição da taxa de decaimento, incluindo o parâmetro g nas LMIs, responsável por diminuir o tempo de duração do transitório dos sistemas realimentados. Foram realizadas comparações qualitativas e quantitativas entre os métodos de projeto com otimização da norma dos controladores, visando alternativas de controladores com menor norma e melhor desempenho que atendam às restrições do projeto. O trabalho se encerra com uma seção de conclusões e perspectivas futuras / Abstract: This work proposes new techniques to optimize robust controllers norm of linear systems subject to structural failures, with states feedback. The design techniques used are based on LMIs (Linear Matrix Inequalities) formulated on the basis of Lyapunov's stability theory, using Finsler's lemma and reciprocal projection lemma. The LMIs have used the addition of the decay rate restriction, including a parameter g in the LMIs, responsible for decreasing the settling time of the feedback system. Qualitative and quantitative comparisons were made between methods of design and optimization of the robust controllers norm, seeking alternatives with small norm and better performance that meet the design constraints. The work ends with a section of conclusions and future prospects / Mestre

Tato práce se zabývá synchronním motorem s permanentními magnety na rotoru (PMSM), jeho modelováním a návrhu regulační struktury. V práci jsou uvedeny způsoby a výhody použití permanentních magnetů v elektrických motorech. Dále se práce zabývá transformací třífázové soustavy do dq0. Pomocí Parkovy transformace jsou v práci odvozeny rovnice stroje v dq0 souřadnicovém systému a vytvořeny náhradní schémata stroje v dq osách. Rovnice i schémata zahrnují jak ztráty v mědi, tak ztráty v železe. Náhradní schémata jsou popsány elektrickými a mechanickými rovnicemi a následně překresleny do grafické podoby v programu Matlab Simulink. Vytvořeny jsou dva modely PMSM, jeden s uvažováním ztrát v železe a druhý bez těchto ztrát. Pro oba dva modely je zde popsán postup návrhu regulátorů proudu a otáček. Pro model, u kterého jsou uvažovány ztráty v železe je navíc použito více druhů řídicích strategií a tyto strategie jsou mezi sebou navzájem porovnány.

Die Arbeit ist der regelungstheoretischen Betrachtung von mechanischen Systemen mit mehr Freiheitsgraden als Stellgrößen gewidmet. Dabei werden Aspekte aus den Teilgebieten Modellbildung, Systemanalyse, Steuerungsentwurf und Reglerentwurf behandelt. Den Ausgangspunkt bilden die aus dem Lagrange-Formalismus resultierenden Bewegungsgleichungen, für welche neben verschiedene partiell linearisierten Zustandsdarstellungen auch eine spezielle Byrnes-Isidori-Normalform eingeführt wird. Im Unterschied zu einer früher vorgeschlagenen ähnliche Normalform existiert diese "Lagrange-Byrnes-Isidori-Normalform" immer. Weiterhin wird die bedeutende Eigenschaft der differentiellen Flachheit im Zusammenhang mit mechanischen Systemen untersucht. Die bestehende Lücke zwischen den bekannten notwendigen und hinreichenden Flachheitsbedingungen bildet die Motivation zur Anpassung der Regelflächenbedingung auf mechanische Systeme in Lagrange-Byrnes-Isidori-Normalform. Parallel dazu wird die Flachheitsanalyse auf Basis des sogenannten Variationssystems betrachtet. Dabei handelt es sich um ein System von 1-Formen, die durch Anwendung der äußeren Ableitung auf die impliziten Systemgleichungen entstehen. Äquivalent dazu können auch die in einer rechteckigen Polynommatrix bezüglich des Zeitableitungsoperators zusammengefassten Koeffizienten der Basisformen untersucht werden. Die Flachheit eines Systems ist nun gerade äquivalent zur Existenz einer unimodularen Vervollständigung dieser Matrix, welche zudem noch eine bestimmte Integrabilitätsbedingung erfüllen muss. Durch Anwendung des Satzes von Frobenius können aus diesen in der bisherigen Formulierung nur schwer überprüfbaren Bedingungen deutlich einfachere hergeleitet werden. Für den Eingrößenfall ergibt sich dadurch eine erheblich Verringerung des Rechenaufwandes im Vergleich zum Referenzansatz. Im Mehrgrößenfall ist die Situation komplizierter: Durch das Fallenlassen der Unimodularitätsforderung und die Ausnutzung der speziellen Struktur mechanischer Systeme erhält man eine neue notwendige Bedingung für Flachheit, welche sich in endlich vielen Schritten auswerten lässt. Allerdings konnte mit dieser die vermutete Nichtflachheit für die untersuchten mechanischen Beispielsysteme nicht nachgewiesen werden. Einen weiteren Untersuchungsgegenstand bildet das Konzept der Konfigurationsflachheit. Für diese Eigenschaft ist gefordert, dass ein flacher Ausgang existieren muss, der nur von den Konfigurationskoordinaten abhängt. Basierend auf theoretischen Überlungen und dem Fehlen von Gegenbeispielen wird die Hypothese aufgestellt, dass für konservative mechanische Systeme Flachheit und Konfigurationsflachheit äquivalent sind. Für lineare mechanische Systeme kann diese Hypothese mit Hilfe der Kronecker-Normalform von Matrizenscharen verifiziert werden. Bezüglich des Entwurfs von Solltrajektorien werden neben der Darstellung bekannter Verfahren für lineare und für flache Systeme zwei weitere Ansätze genauer diskutiert. Der erste basiert auf der numerischen Lösung des aus dem Steuerungsentwurf resultierenden Randwertproblems. Dazu wird ein angepasstes Kollokationsverfahren konstruiert, welches die Elimination von Systemgrößen durch die explizite Berücksichtigung von Integratorketten ermöglicht, die bei partiell linearisierten Systemen stets auftreten. Unter bestimmten Bedingungen bewirkt dies eine erhebliche Reduktion der Rechenzeit. Der zweite Ansatz betrachtet die Überführung zwischen zwei Ruhelagen und beruht auf der Zeitumkehrsymmetrie, die alle konservativen mechanischen Systeme aufweisen. Er besteht aus mehreren Schritten: Zunächst wird für beide Ruhelagen eine Rückführung mit möglichst großem Attraktivitätsgebiet entworfen. Danach wird das System simulativ ausgehend von der Zielruhelage in der Startruhelage stabilisiert. Die so erhaltene Eingangstrajektorie kann dann bezüglich der Zeit invertiert werden, um das System aus der Startruhelage in die Nähe der Zielruhelage zu überführen, wo schließlich der entsprechende Regler aktiviert wird. In praktischen Realisierungen von unteraktuierten Regelungssystemen treten auf Grund von Effekten wie trockener Reibung und Getriebespiel oft Dauerschwingungen mit schwer vorhersagbaren und beeinflussbaren Parametern auf. Als Alternative zur klassischen Stabilisierung einer (theoretischen) Ruhelage wird deshalb eine Rückführung hergeleitet, welche für ein gegebenes lineares System einen stabilen Grenzzyklus mit vorgebbarer Frequenz und Amplitude asymptotisch stabilisiert.

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The research reported and discussed in this thesis represents a novel approach to define custom gestures and to include gesture-based interaction in user interfaces of the software systems with the aim of help to solve the problems found in the related literature about the development of gesture-based user interfaces. The research is conducted according to Design Science methodology that is based on the design and investigation of artefacts in a context. In this thesis, the new artefact is the model-driven method to include gesture-based interaction in user interfaces. This methodology considers two cycles: the main cycle is an engineering cycle where we design a model-driven method to include interaction based on gestures. The second cycle is the research cycle, we define two research cycles: the first research cycle corresponds to the validation of the proposed method with an empirical evaluation and the second cycle corresponds to the technical action research to validate the method in an industrial context. Additionally, Design Science provides us the clues on how to conduct the research, be rigorous, and put in practice scientific rules. Besides Design Science has been a key issue for organising our research, we acknowledge the application of this framework since it has helps us to report clearly our findings. The thesis presents a theoretical framework introducing concepts related with the research performed, followed by a state of the art where we know about the related work in three areas: Human-computer Interaction, Model-driven paradigm in Human-Computer Interaction and Empirical Software Engineering. The design and implementation of gestUI is presented following the Model-driven Paradigm and the Model-View-Controller design pattern. Then, we performed two evaluations of gestUI: (i) an empirical evaluation based on ISO 25062-2006 to evaluate usability considering effectiveness, efficiency and satisfaction. Satisfaction is measured with perceived ease of use, perceived usefulness and intention of use, and (ii) a technical action research to evaluate user experience and usability. We use Model Evaluation Method, User Experience Questionnaire and Microsoft Reaction cards as guides to perform the aforementioned evaluations. The contributions of our thesis, limitations of the tool support and the approach are discussed and further work are presented. / La investigación reportada y discutida en esta tesis representa un método nuevo para definir gestos personalizados y para incluir interacción basada en gestos en interfaces de usuario de sistemas software con el objetivo de ayudar a resolver los problemas encontrados en la literatura relacionada respecto al desarrollo de interfaces basadas en gestos de usuarios. Este trabajo de investigación ha sido realizado de acuerdo a la metodología Ciencia del Diseño, que está basada en el diseño e investigación de artefactos en un contexto. En esta tesis, el nuevo artefacto es el método dirigido por modelos para incluir interacción basada en gestos en interfaces de usuario. Esta metodología considera dos ciclos: el ciclo principal, denominado ciclo de ingeniería, donde se ha diseñado un método dirigido por modelos para incluir interacción basada en gestos. El segundo ciclo es el ciclo de investigación, donde se definen dos ciclos de este tipo. El primero corresponde a la validación del método propuesto con una evaluación empírica y el segundo ciclo corresponde a un Technical Action Research para validar el método en un contexto industrial. Adicionalmente, Ciencia del Diseño provee las claves sobre como conducir la investigación, sobre cómo ser riguroso y poner en práctica reglas científicas. Además, Ciencia del Diseño ha sido un recurso clave para organizar la investigación realizada en esta tesis. Nosotros reconocemos la aplicación de este marco de trabajo puesto que nos ayuda a reportar claramente nuestros hallazgos. Esta tesis presenta un marco teórico introduciendo conceptos relacionados con la investigación realizada, seguido por un estado del arte donde conocemos acerca del trabajo relacionado en tres áreas: Interacción Humano-Ordenador, paradigma dirigido por modelos en Interacción Humano-Ordenador e Ingeniería de Software Empírica. El diseño e implementación de gestUI es presentado siguiendo el paradigma dirigido por modelos y el patrón de diseño Modelo-Vista-Controlador. Luego, nosotros hemos realizado dos evaluaciones de gestUI: (i) una evaluación empírica basada en ISO 25062-2006 para evaluar la usabilidad considerando efectividad, eficiencia y satisfacción. Satisfacción es medida por medio de la facilidad de uso percibida, utilidad percibida e intención de uso; y, (ii) un Technical Action Research para evaluar la experiencia del usuario y la usabilidad. Nosotros hemos usado Model Evaluation Method, User Experience Questionnaire y Microsoft Reaction Cards como guías para realizar las evaluaciones antes mencionadas. Las contribuciones de nuestra tesis, limitaciones del método y de la herramienta de soporte, así como el trabajo futuro son discutidas y presentadas. / La investigació reportada i discutida en aquesta tesi representa un mètode per definir gests personalitzats i per incloure interacció basada en gests en interfícies d'usuari de sistemes de programari. L'objectiu és ajudar a resoldre els problemes trobats en la literatura relacionada al desenvolupament d'interfícies basades en gests d'usuaris. Aquest treball d'investigació ha sigut realitzat d'acord a la metodologia Ciència del Diseny, que està basada en el disseny i investigació d'artefactes en un context. En aquesta tesi, el nou artefacte és el mètode dirigit per models per incloure interacció basada en gests en interfícies d'usuari. Aquesta metodologia es considerada en dos cicles: el cicle principal, denominat cicle d'enginyeria, on es dissenya un mètode dirigit per models per incloure interacció basada en gestos. El segon cicle és el cicle de la investigació, on es defineixen dos cicles d'aquest tipus. El primer es correspon a la validació del mètode proposat amb una avaluació empírica i el segon cicle es correspon a un Technical Action Research per validar el mètode en un context industrial. Addicionalment, Ciència del Disseny proveeix les claus sobre com conduir la investigació, sobre com ser rigorós i ficar en pràctica regles científiques. A més a més, Ciència del Disseny ha sigut un recurs clau per organitzar la investigació realitzada en aquesta tesi. Nosaltres reconeixem l'aplicació d'aquest marc de treball donat que ens ajuda a reportar clarament les nostres troballes. Aquesta tesi presenta un marc teòric introduint conceptes relacionats amb la investigació realitzada, seguit per un estat del art on coneixem a prop el treball realitzat en tres àrees: Interacció Humà-Ordinador, paradigma dirigit per models en la Interacció Humà-Ordinador i Enginyeria del Programari Empírica. El disseny i implementació de gestUI es presenta mitjançant el paradigma dirigit per models i el patró de disseny Model-Vista-Controlador. Després, nosaltres hem realitzat dos avaluacions de gestUI: (i) una avaluació empírica basada en ISO 25062-2006 per avaluar la usabilitat considerant efectivitat, eficiència i satisfacció. Satisfacció es mesura mitjançant la facilitat d'ús percebuda, utilitat percebuda i intenció d'ús; (ii) un Technical Action Research per avaluar l'experiència del usuari i la usabilitat. Nosaltres hem usat Model Evaluation Method, User Experience Questionnaire i Microsoft Reaction Cards com guies per realitzar les avaluacions mencionades. Les contribucions de la nostra tesi, limitacions del mètode i de la ferramenta de suport així com el treball futur són discutides i presentades. / Parra González, LO. (2017). gestUI: a model-driven method for including gesture-based interaction in user interfaces [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/89090

Artificial human muscles have traditionally been operated through pneumatic means, and are known as Pneumatic Artificial Muscles (PAMs). Over the last several decades, Hydraulic Artificial Muscles (HAMs) have also been investigated due to their high power-to-weight ratio and human-like characteristics. Compared to PAMs, HAMs typically exhibit faster response, higher efficiency, and superior position control; characteristics which provide potential for application in rehabilitation robotics. This thesis presents a new approach to actuate artificial muscles in an antagonistic pair configuration. The detailed mechanical design of the test platform is introduced, along with the development of a dynamic model for actuating an artificial elbow joint. Also, custom manufactured Oil-based Hydraulic Artificial Muscles (OHAMs) are implemented in a biceps-triceps configuration and characterized on the test platform. Furthermore, an integrator-backstepping controller is derived for HAMs with different characteristics (stiffness and damping coefficients) in an antagonistic pair configuration. Finally, simulations and experimental results of the position control of the artificial elbow joint are discussed to confirm the functionality of the OHAMs utilizing the proposed actuating mechanism and the effectiveness of the developed control algorithm. / Graduate