Este trabalho propõe desenvolver um projeto de controle de um sistema de geração de vapor composto por múltiplas caldeiras que contemple a otimização do consumo de combustível do sistema. Para atingir este objetivo, deve-se combinar um controle regulatório eficiente de uma caldeira e um mecanismo divisor de carga eficiente para que cada caldeira opere com a confiabilidade normalmente requerida, aliado a um ponto ótimo de consumo de combustível. Esta dissertação apresenta: a modelagem dinâmica de uma caldeira aquatubular industrial; a implementação computacional do modelo dinâmico de uma caldeira aquatubular em Matlab; o projeto de controle de uma caldeira aquatubular no sistema de automação 800xA envolvendo a definição de estratégias de controle, a comunicação do sistema de automação com o modelo da planta no Matlab, uma avaliação sobre algumas técnicas de sintonia, bem como a sua simulação dinâmica e resultados; o problema de otimização para minimização do consumo de total de combustível de um sistema de geração de vapor com múltiplas caldeiras, bem como a avaliação de sua resolução com modelagem por uma abordagem de Programação Linear Inteira Mista; e o projeto de controle de um sistema com múltiplas caldeiras, envolvendo também a simulação dinâmica. Com base nos experimentos simulados considerou-se que a estratégia de controle proposta neste trabalho tem desempenho satisfatório, principalmente pelo fato de que a inclusão do bloco divisor de carga não acarretou prejuízo na característica de rejeição de perturbações, o que encoraja estudos posteriores com o objetivo de se ter uma utilização prática. / This study proposes to develop a control project for a multiple boilers steam generation system that includes fuel optimization. To achieve that, it must combine an efficient boiler regulatory control and an efficient mechanism for load allocation to each boiler in order to operate with normally required reliability and combined with optimum fuel consumption. This dissertation presents: dynamic modeling of an industrial watertube boiler; computational implementation of the dynamic watertube Boiler model in Matlab, the control design of a watertube Boiler in 800xA automation system involving the definition of control strategies, communication of the 800xA automation system with the plant model in Matlab, an evaluation of some techniques for PID tuning including dynamic simulation results, the optimization problem to minimize the total fuel consumption of a multiple boilers steam generation system, as well as the assessment of their resolution with Mixed Integer Linear Programming modeling approach, and control design of a multiple boilers system, also involving dynamic simulation. Based on simulated experiments it was found that the control strategy proposed in this work has satisfactory performance, mainly because of the inclusion of the divider block load did not affect the rejection of disturbances characteristic, which encourages further studies with objective of practical use.

Este trabalho propõe desenvolver um projeto de controle de um sistema de geração de vapor composto por múltiplas caldeiras que contemple a otimização do consumo de combustível do sistema. Para atingir este objetivo, deve-se combinar um controle regulatório eficiente de uma caldeira e um mecanismo divisor de carga eficiente para que cada caldeira opere com a confiabilidade normalmente requerida, aliado a um ponto ótimo de consumo de combustível. Esta dissertação apresenta: a modelagem dinâmica de uma caldeira aquatubular industrial; a implementação computacional do modelo dinâmico de uma caldeira aquatubular em Matlab; o projeto de controle de uma caldeira aquatubular no sistema de automação 800xA envolvendo a definição de estratégias de controle, a comunicação do sistema de automação com o modelo da planta no Matlab, uma avaliação sobre algumas técnicas de sintonia, bem como a sua simulação dinâmica e resultados; o problema de otimização para minimização do consumo de total de combustível de um sistema de geração de vapor com múltiplas caldeiras, bem como a avaliação de sua resolução com modelagem por uma abordagem de Programação Linear Inteira Mista; e o projeto de controle de um sistema com múltiplas caldeiras, envolvendo também a simulação dinâmica. Com base nos experimentos simulados considerou-se que a estratégia de controle proposta neste trabalho tem desempenho satisfatório, principalmente pelo fato de que a inclusão do bloco divisor de carga não acarretou prejuízo na característica de rejeição de perturbações, o que encoraja estudos posteriores com o objetivo de se ter uma utilização prática. / This study proposes to develop a control project for a multiple boilers steam generation system that includes fuel optimization. To achieve that, it must combine an efficient boiler regulatory control and an efficient mechanism for load allocation to each boiler in order to operate with normally required reliability and combined with optimum fuel consumption. This dissertation presents: dynamic modeling of an industrial watertube boiler; computational implementation of the dynamic watertube Boiler model in Matlab, the control design of a watertube Boiler in 800xA automation system involving the definition of control strategies, communication of the 800xA automation system with the plant model in Matlab, an evaluation of some techniques for PID tuning including dynamic simulation results, the optimization problem to minimize the total fuel consumption of a multiple boilers steam generation system, as well as the assessment of their resolution with Mixed Integer Linear Programming modeling approach, and control design of a multiple boilers system, also involving dynamic simulation. Based on simulated experiments it was found that the control strategy proposed in this work has satisfactory performance, mainly because of the inclusion of the divider block load did not affect the rejection of disturbances characteristic, which encourages further studies with objective of practical use.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents a contribution to the study of PWM sinusoidal inverters. It is presented some voltage output control techniques highlighting the advantages and disadvantages. One technique using two feedback loops and compensation by proportional integral compensators, besides showing a natural short circuit protection, is implemented and evaluated by studies, simulations and also experimentally. The design of constituent elements, the signal conditioning and the control firmware are shown, besides the mathematical modeling of the transfer functions for the controller. A prototype of a monophasic voltage inverter is assembled and its controller is implemented in a digital signal processor of 16 bits, fixed point, 40 MIPS, a DSPIC33FJ128MC706. The performance of the respective controller is analyzed with experimental results for the inverter supplying a linear and non linear load. / Este trabalho apresenta uma contribuição ao estudo de inversores de tensão PWM senoidais. São apresentadas algumas técnicas de controle da tensão de saída destacando vantagens e desvantagens. Uma técnica baseada em duas malhas de realimentação e compensação por meio de compensadores proporcional integral, além de possuir uma proteção natural contra curto circuito, é implementada e avaliada através de estudos, de simulação e também experimentalmente. O projeto dos elementos constituintes, o condicionamento de sinais e o firmware de controle são mostrados, além da modelagem matemática das funções que regem o controle. É construído um protótipo de um inversor monofásico de tensão cujo controlador digital é implementado em um processador de sinais de 16 bits, ponto fixo, 40 MIPS DSPIC33FJ128MC706. O desempenho do respectivo controlador é analisado através dos resultados experimentais para o inversor com carga linear e não linear. / Mestre em Ciências

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_SergioPires_M.pdf: 2753814 bytes, checksum: 4e94e3c8b75144bb509d505233b11dcb (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho aborda a implementação de um filtro ativo de potência utilizando um inversor mul­tinível com topologia em cascata assimétrica. Justificativas para utilização de estruturas multiníveis são discutidas. O sistema de controle utilizado garante um fornecimento nulo de potência ativa pelo filtro ativo e que a corrente fornecida pela fonte de alimentação tenha a mesma forma de onda da tensão de alimentação. Com isso, o fator de potência visto pela fonte é próximo de seu valor unitário e a fonte fornece apenas potência ativa à carga. Resultados de simulações e experimentais validam o esquema adotado. Também é descreva uma proposta para se realizar o controle das tensões CC da topologia em cascata assimétrica. Palavras-chave: Eletrônica de Potência, Inversor Multinível, Qualidade da Energia Elétrica, Fil­tro Ativo de Potência, Controle Digital / Abstract: This work regards a shunt active power filter implementation using an asymmetrical cascaded multilevel convel1er. Reasons for using multilevel structures are discussed. The system control gua­rantees that the active power filter does not supply active power and the source current has the same waveform of the source voltage. Consequently, the power factor from the source side is almost one and the source only supplies active power to the load. Simulation and experimental results validate the applied scheme. A proposal for controlling the DC voltages from the asymmetrical cascaded topology is also described. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Esta dissertação apresenta a modelagem matemática de um giroscópio de controle de momento (CMG) e aplica técnicas de controle digital para o controle de atitude dessa planta. CMGs são atuadores importantes para o controle de atitude de corpos no espaço, tais como satélites e veículos espaciais. Desenvolve-se a modelagem da planta por meio da mecânica Lagrangiana e estudam-se técnicas específicas de controle PID (proporcional-integral-derivativo) e LQR (linear-quadratic regulator ) digitais para aplicação em sistemas com a planta nas configurações desacoplada e acopladas de fase mínima e não-mínima. Realizam-se ensaios via simulação, com o modelo não-linear da planta, bem como via experimentos práticos, com o sistema real, para validar os controladores projetados. Com isso, obtêm-se resultados positivos com ambas as técnicas estudadas, com exceção ao caso acoplado de fase não-mínima, para o qual uma das técnicas não foi capaz de controlar a atitude da planta. / This dissertation presents the mathematical modeling of a control moment gyroscope (CMG) and applies digital control techniques for its attitude control. CMGs are important actuators for bodies attitude control in the space, such as satellites and space vehicles. The system modeling is developed with the Lagrangian mechanics and a digital proportionalintegral- derivative (PID) and a digital linear-quadratic regulator (LQR) control techniques are studied and applied to a decoupled system and coupled systems with minimum and non-minimum phases. Simulation tests with the non-linear plant model and experimental tests with the real plant are done in order to validate the control techniques. Then, positive results are reached with both studied techniques, excepting in the coupled system with non-minimum phase, in which one technique was not able to control it.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-12T19:03:04Z No. of bitstreams: 1 pedrodeassissobreirajunior.pdf: 1664123 bytes, checksum: ae5400f0030a2d345dee7ce28cd98b69 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-13T12:50:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedrodeassissobreirajunior.pdf: 1664123 bytes, checksum: ae5400f0030a2d345dee7ce28cd98b69 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-13T12:50:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedrodeassissobreirajunior.pdf: 1664123 bytes, checksum: ae5400f0030a2d345dee7ce28cd98b69 (MD5) Previous issue date: 2011-09-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta o estudo e avaliação experimental do controle de uma topologia de conversor CC-CC boost entrelaçado aplicado em sistemas de geração solar fotovoltaica. A análise comparativa das duas principais técnicas de rastreamento de máxima potência possibilitou elucidar se o método de controle por tensão ou corrente terminal do painel solar fotovoltaico apresentam diferença significativa na eficiência do processo de conversão de energia solar em eletricidade. A estrutura de conversor elevador de tensão entrelaçado possibilita mitigar o efeito do sombreamento parcial em arranjos fotovoltaicos, reduzir o dimensionamento dos elementos passivos e prover rápida resposta transitória. Resultados de simulação e experimentais usando um Controlador Digital de Sinais comprovam o potencial da estrutura estudada para o condicionamento de energia em arranjos solares fotovoltaicos. / This work presents the study and experimental evaluation of the control of an interleaved boost DC-DC converter topology used in solar photovoltaic generation systems. The comparative analysis of two major techniques for tracking maximum power point allowed to elucidate whether the method of control by terminal photovoltaic voltage or current show significant difference in the efficiency of converting solar energy into electricity. The boost interleaved converter allows mitigating the effect of partial shading on photovoltaic arrays, reducing sizing of passive elements and providing fast transient response. Simulation and experimental results using a Digital Signal Controller demonstrate the potential of the studied structure for power conditioning in photovoltaic solar arrays.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T14:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Espindola_MarcosFernando_M.pdf: 5114547 bytes, checksum: 1601ee84cd6d17c671ba644a288c398d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Apresenta-se a implementação de um inversor trifásico de tensão a três níveis para ser utilizado no controle de velocidade de um motor síncrono trifásico a imãs permanentes usando o método de controle vetorial. Realizou-se o estudo, projeto e construção de um inversor de tensão a três níveis com neutro grampeado ou inversor NPC neutral point clamped. Utilizou-se modulação em largura de pulsos por vetores espaciais no controle vetorial de velocidade do motor. Foram realizadas simulações do sistema proposto usando os aplicativos computacionais Matlab/Simulink e PSIM. Realizou-se em seguida uma montagem experimental constituída de um motor síncrono a imãs permanentes de 0,75 kW acoplado a um freio eletromagnético que lhe serviu de carga mecânica. O sistema motor e carga foi acionado pelo inversor com modulação em largura de pulsos por vetores espaciais e os resultados obtidos do controle de velocidade realizado, incluindo reversão de velocidade e frenação do motor, são apresentados no trabalho. Comparou-se também o desempenho de um inversor a três níveis usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais com o desempenho de um inversor a dois níveis usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais na alimentação de uma carga resistiva. Resultados de simulação e resultados experimentais são apresentados. Neste trabalho realizou-se uma comparação qualitativa entre o uso do inversor a dois níveis e do inversor a três níveis que mostra em que situações é conveniente utilizar o inversor a três níveis / Abstract: It is presented the implementation of a three phase three level voltage inverter to be used in the speed control of a three phase permanent magnet synchronous motor using the vector control method. To achieve this goal, it was carried out the study, design and construction of a three level neutral point clamped voltage inverter or NPC inverter. For the control of the motor it was used a space vector modulation. The proposed system was simulated using Matlab/Simulink and PSIM softwares. It was carried out an experimental assembly consisting of a 0.75 kW permanent magnet synchronous motor coupled to an electromagnetic brake as a mechanical load. The motor and load system were triggered by the inverter with space vector modulation. The results of the speed control, including reversal of speed and motor breaking, are presented in the study. The performance of a three level inverter using space vector modulation is compared to the performance of a two level inverter using space vector modulation feeding a resistive load. The simulation and experimental results are presented. In this work a qualitative comparison between the two level inverter and three level inverter was done showing in wich situations it is better to use the three level inverter / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Oseas Valente de Avilez Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:32:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bordon_MarioEduardo_D.pdf: 1470672 bytes, checksum: e05feebeca9a1ab481716d9a42b1a8f5 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um controlador digital simples e eficiente, utilizando conceitos de lógica nebulosa, aplicado no acionamento de um motor de indução trifásico. Trata-se de um trabalho de engenharia aplicada, que apresenta o projeto de um controlador nebuloso de arquitetura simplificada, que emprega uma estrutura padronizada para representação das funções de pertinência e permite efetuar a ponderação dos termos lingüísticos. Para avaliar o desempenho deste controlador, foi implementado um sistema para acionamento do motor de indução, com freqüência de operação controlada e limitação de corrente, capaz de gerar em tempo real, um perfil de freqüência adequado, sempre que um novo valor para freqüência de operação seja estabelecido. No projeto deste controlador, optou-se pela utilização de um sistema digital de baixo custo, baseado em microcontroladores de 8 bits, mesmo assim, os resultados obtidos superaram as expectativas, comprovando a viabilidade operacional deste controlador nebuloso de arquitetura simplificada, para acionamento do motor de indução, evitando que a corrente ultrapasse o limite estipulado e impedindo o desligamento desnecessário do sistema / Abstract: This work presents a new approach of a simple and efficient digital controller, which uses the fuzzy logic concepts to drive a three-phase induction motor in a practical engineering application. In order to represent the membership functions and carry out the weighting up of linguistic terms a custom structure was used in the fuzzy logic controller. The performance evaluation of the digital controller was verified using a new strategy of induction motor drive for speed control and input current restriction. This fuzzy logic controller with simplified architecture applied in a real time speed control assures the current restriction and the normal operation of the induction motor. The control strategy operates in closed loop and has a dynamic gain adjustment that provides the soft start requirements. The closed loop frequency control allows to adjust the desired value of the rotation frequency, while the closed loop current control assures that current doesn't cross the limit stipulated for motor drive. The versatility of this digital controller based on low cost 8 bits microcontrollers can be verified from the results presented. The accuracy and time response could be compared to the other conventional systems using scalar or vector techniques / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Modern design methodologies for control systems create controllers with dynamics which are of a similar order to the physical system being controlled. When these are implemented digitally as Infinite Impulse Response (HR) filters the processing requirements are extensive, in particular when high sample rates are necessary to minimise the detrimental effects of sample delay. The aim of the research was to apply signal processing techniques to facilitate the implementation of control algorithms in digital form, with the principal objective of maximising the computational efficiency, either to achieve the highest possible sample rates using a given processor, or to minimise the processor complexity for a given requirement. One of the approaches is to design a fixed point processor whose architecture is optimised to meet the computational requirements of signal processing for control, thereby maximising what can be achieved with a single processor. Hence the aim of the research was to head towards a processor architecture optimised for Control System Processing. The design of this processor is based on a unified structural form and it will be shown that controllers, represented either in state space form or as transfer functions, can be implemented using this unified structure. The structure is based on the σ-operator, which has been shown to be robust to changes in coefficients and hence require shorter coefficient wordlength to achieve a comparable performance to traditional z-operator based structures. Additionally, the σ-operator structures are also shown to have lower wordlength requirements for the internal variables. Also presented is a possible architecture for a Control System Processor and a model for the processor is developed and constructed using VHDL. This is simulated on a test bench, also designed in VHDL. The results of implementing a phase advance controller on the processor are then compared with those obtained from a MATLAB simulation.

At present, one of the main issues in electric power networks is the reduction in conventional generation and its replacement by low inertia renewable energy generation. The balance between generation and demand has a direct impact on the system frequency and system inertia limits the frequency rate of change until compensation action can be undertaken. Traditionally generation managed frequency. In future, loads may be required to do more than just be able to be switched off during severe under frequency events. This thesis focuses on the development and practical implementation of the control structure of a smart adaptive load for network power-frequency support applications. The control structure developed makes use of advanced demand side management of fan loads (powered by AC drives) used in heating, ventilation, and air conditioning systems; where a change in power at rated load has little effect on their speed due to the cubic relationship between speed and power. The AC drive implemented in this thesis is based on an induction motor and a two level voltage source converter. To achieve the smart adaptive load functionality, first a power-frequency multi-slope droop control structure (feedforward control) is developed; relating the frequency limits imposed by the network supplier and the fan power-speed profile (Chapter 2, Fig 2.19). Secondly, this control structure is combined with the control developed, in Chapter 3, for the AC drive powering the fan load. The full development of the control structure of the AC drive, its tuning process and its practical implementation is given; an equation is developed to find suitable tuning parameters for the speed control of the nonlinear load (fan load), i.e. Eq. (3.59).The analysis and simulation results provided in Chapter 4 conclude that a fast control of the active power drawn by the AC drive is possible by controlling the electromagnetic torque (hence current) of the induction motor without disturbing the fan load overly. To achieve this, changes between closed loop speed control and open loop torque control (power control) are performed when needed. Two main issues were addressed before the hardware implementation of the smart adaptive load: the estimation of the network frequency under distorted voltage conditions, and the recovery period of the network frequency. In this thesis two slew rate limiters were implemented to deal with such situations. Other possible solutions are also outlined. Finally, experimental results in Chapter 5 support results given in Chapter 4. A full power-frequency response is achieved by the smart adaptive load within 3s.