RESUMO BarÃante, G. M. CONTROLE PID MULTIVARIÃVEL DESCENTRALIZADO: SINTONIA E APLICAÃÃO PRÃTICA. 2011. 88 f. DissertaÃÃo (Mestrado em Engenharia ElÃtrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do CearÃ, Fortaleza, Brasil, 2011. Nesta dissertaÃÃo de mestrado, desenvolvem-se projetos de controladores PI (Proporcional-Integral) e PID (Proporcional-Integral-Dervativo) para os casos SISO (Simple- Input, Simple- Output) e MIMO (Multiples- Input, Multiples-Output). A proposta do trabalho à combinar tÃcnica do relà SISO e PID SISO baseado em especificaÃÃes de margem de fase e margem de ganho para sintetizar um mÃtodo de projeto de controladores PID MIMO multivariÃvel com sintonia automÃtica ou auto-sintonia. Uma Ãnfase especial à dada aos projetos de controladores PID MIMO atravÃs do mÃtodo do relà como elemento de identificaÃÃo frequencial das malhas a serem controladas. Dois mÃtodos de projetos MIMO sÃo abordados em profundidade e aplicados em sistemas simulados e em duas aplicaÃÃes prÃticas a saber: um processo formado pelas malhas de uma incubadora neonatal e em um processo de tanques duplos acoplados. Todos estes processos apresentam fortes interaÃÃes entre as malhas de controle. O primeiro mÃtodo de projeto multivariÃvel refere-se a um projeto sequencial no qual os controladores sÃo projetados de forma sistemÃtica e considerando, a cada passo, a interaÃÃo entre as malhas. Esse mÃtodo à eficiente e simples e apresenta vantagens tais como: i) à conceitualmente simples e mantÃm a estrutura descentralizada e sequencial com o projeto SISO das malhas de controle; ii) estabilidade e robustez sÃo garantidos a cada passo do projeto; iii) desde que o mÃtodo seja autoajustÃvel, nenhum conhecimento do processo à requerido. O segundo mÃtodo de projeto de controladores multivariÃveis refere-se a uma generalizaÃÃo do mÃtodo do ÃstrÃm e Wittenmark, tambÃm conhecido como mÃtodo do ponto crÃtico, para sistemas MIMO. Para se projetar controladores PID com essa abordagem, um entendimento do conceito de superfÃcie crÃtica e locais caracterÃsticos para os casos de processos MIMO deve ser bem estabelecido. Este mÃtodo apresenta ainda muitos aspectos a serem pesquisados e propostas para solucionar vÃrios aspectos teÃricos e prÃticos devem ser lanÃados em breve. Aspectos prÃticos e teÃricos do mÃtodo DRF (Decentrilized Relay Feedback) que utiliza nÃo linearidades do tipo relà para processo MIMO sÃo abordados atravÃs de novas soluÃÃes para os mÃltiplos ciclos limites. Por fim, aplicaÃÃes simuladas e experimentais parecem apontar para vantagens do projeto de controladores PID descentralizados atravÃs do mÃtodo do ponto crÃtico, lembrando que a escolha do melhor mÃtodo de projeto sempre depende de vÃrios aspectos tais como da robustez, estabilidade e complexidade. Esgotar este contexto nÃo constitui a proposta deste trabalho. / ABSTRACT Medeiros, G. M. 2011. 88 f. CONTROL PID MULTIVARIABLE DECENTRALIZED: TUNING AND PRACTICAL APPLICATION. Dissertation (Master in Electrical Engineering)-Technological Center, Federal University of CearÃ, Fortaleza, Brazil, 2011. This dissertation develops PI controllers (Proportional-Integral) and PID (Proportional-Integral-Dervativo) projects for SISO (Simple Input Simple Output) and MIMO (Multiple Input Multiple Output). The objective of this study is to combine the techniques of SISO and SISO PID controllers based on specification of gain and phase margins to synthesize a new design method of multivariable MIMO PID controllers with self-tuning or automatic tuning. Special emphasis is given to projects MIMO PID controllers using the relay method as frequency identification of the loops to be controlled. Two MIMO design methods are discussed in this work. These methods are applied in simulation systems and two practical applications: a process formed by neonatal incubator loops and a process of double attached tanks. These processes have strong interaction between control loops. The first method of multivariable design is a sequential design which the controllers are designed systematically and considering the interaction between loops for each step. This method is efficient and simple and has advantages such as: i) decentralized structure and sequential SISO design of control loops, ii) stability and robustness is guaranteed every step of the project; iii) the method is self-adjusting, therefore process knowledge is not required. The second method of multivariable controller design refers to a generalization of the ÃstrÃm and Wittemark method, also known as critical point method for MIMO systems. The concept of critical surface and local characteristics for the cases of MIMO processes must be well established to design PID controllers with this approach. Many theoretical and practical aspects still need to be investigated in this method. Practical and theoretical aspects of the DRF method (Decentralized Relay Feedback) using nonlinearities like relay MIMO process are addressed through new solutions for multiple limit cycles. The present study showed that simulated and experimental applications seem to point to the advantages of decentralized PID controller design that utilizes the critical point method. The choice of the best method of project always depends on several aspects such as the robustness, stability and complexity, context and exhaust which are not the purpose of this study.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Neste trabalho foi desenvolvido o estudo e as aplicaÃÃes das condiÃÃes de estabilidade na operaÃÃo do sistema elÃtrico de potÃncia incorporado em um simulador interativo de usinas termelÃtricas de ciclo combinado, que permita melhorar os processos de treinamento e, consequentemente, o nÃvel de qualidade dos futuros operadores e mantenedores de usinas termelÃtricas, bem como manter atualizados os atuais operadores. Um pequeno conjunto de definiÃÃes e conceitos das Ãreas de âestabilidade, confiabilidade e anÃlise de desempenho de sistemas de potÃnciaâ à apresentado com o objetivo de distinguir a operaÃÃo no sistema de potÃncia. O simulador contempla a modelagem matemÃtica de 3 e 6 ordem das partes fÃsicas e elÃtricas da mÃquina sÃncrona, a modelagem de seus controladores projetados como compensador dinÃmico e mÃtodos numÃricos para a resoluÃÃo da equaÃÃo diferenciais. O cÃlculo dos parÃmetros à realizado atravÃs de um programa desenvolvido com a ferramenta computacional MATLAB e comparados aos implementados em uma UTCC. As simulaÃÃes e validaÃÃo de variaÃÃes dos modelos sÃo realizadas com os programas ANATEM - CEPEL para analisar a eficiÃncia do sistema projetado e avaliar a melhoria do desempenho dinÃmico do sistema. / This work was developed the study and application of conditions of stability in the operation of power system embedded in an interactive simulation of combined cycle power plants that will improve the training processes and therefore the quality of the future operators and maintainers of thermoelectric plants and keep up the current operators. A small set of definitions and concepts in the areas of "stability, reliability and performance analysis of power systems" is presented in order to distinguish the operation in the power system. The simulation includes the modeling of the 6th order of the parts of the physical and electrical synchronous machine, the modeling of its Controlled designed as dynamic and rewarding numerical methods for solving differential equation. The calculation of the parameters is accomplished through a program developed with MATLAB software tool and compared to those implemented at the plant. The simulations and validation of variations of the model are performed with the programs ANATEM - CEPEL to analyze the efficiency of the system designed to evaluate and improve the dynamic performance of the system.

nÃo hà / The electric vehicle is increasingly present in our cities every day, and in the technological context it has shown great progress. Two essential elements to the success of these vehicles are the electric energy storage devices and electronic converters for processing and management of this energy. In this context, this dissertation presents a study on the current situation of the electric vehicle on the world scenario and its embedded technologies. Another object of research are supercapacitors for application in electric vehicles as an energy storage source and fast energy transfer. Thus, these studies provide the basis for achieving the main objective of this work: developing a bidirectional dc-dc converter for managing the energy flow provided by a supercapacitor module applied in an electric vehicle. A 2 kW laboratory a prototype with two phase interleaved dc-dc bidirectional topology has been implemented. Also, all used methodology is exposed, such as qualitative analysis, dimensioning of components, modeling and design of PI type controllers for the proposed converter. The digital implementation of the control circuit was designed using the dsPIC30f4011 by Microchip. Through simulation and experimental tests, it was evaluated the behavior of the converter and a performance comparison was held, with the converter showing efficiency above 90%. Thus, through theoretical and practical results it was possible to evaluate the performance of the converter and future studies involving the complete structure of a model of a small electric vehicle. / O veÃculo elÃtrico està cada vez mais presente em nossas cidades, e no Ãmbito tecnolÃgico ele vem apresentando grandes avanÃos. Dois elementos essenciais para o sucesso desses veÃculos sÃo os dispositivos de armazenamento de energia elÃtrica e os conversores eletrÃnicos para processamento e gerenciamento dessa energia. Nesse contexto, esta dissertaÃÃo apresenta um estudo sobre a atual situaÃÃo do veÃculo elÃtrico no cenÃrio mundial e suas tecnologias embarcadas. Outro objeto de pesquisa sÃo os supercapacitores para aplicaÃÃo em veÃculos elÃtricos como fonte de armazenamento e transferÃncia rÃpida de energia. Neste contexto o presente trabalho aborda o desenvolvimento de um conversor cc-cc bidirecional para gerenciamento do fluxo de energia em um mÃdulo de supercapacitores para utilizaÃÃo em um veÃculo elÃtrico. à projetado e desenvolvido em laboratÃrio um protÃtipo com potÃncia de 2 kW, cuja topologia adotada à um conversor cc-cc bidirecional intercalado de duas fases. Deste modo, à exposta toda metodologia empregada onde à abordada a anÃlise qualitativa, o dimensionamento dos componentes, a modelagem e o projeto dos controladores tipo PI para o conversor proposto. Para a implementaÃÃo digital do circuito de controle foi utilizado o dsPIC30f4011 da Microchip. Por meio de simulaÃÃo e dos ensaios experimentais avaliou-se o comportamento do conversor e realizou-se uma comparaÃÃo de desempenho, tendo o conversor apresentado rendimento acima de 90%. Assim, pelos resultados teÃricos e prÃticos foi possÃvel avaliar o desempenho do conversor e creditar a continuidade de sua aplicaÃÃo a trabalhos futuros envolvendo a estruturaÃÃo completa de um modelo de veÃculo elÃtrico de pequeno porte.

Atualmente se observa o incremento exponencial das exigÃncias pela otimizaÃÃo de desempenho em todos os setores da vida moderna. Esta busca por melhor desempenho tambÃm tem ocorrido em todos os setores da indÃstria, seja ela de atividade fabril ou de energia. Melhor desempenho no setor industrial se reflete em melhorias em todos os nÃveis e isto alcanÃa de sobremaneira os sistemas de controle de processos. Com requisitos de desempenho mais rÃgido, tÃcnicas antigamente estudadas somente em meio acadÃmico tem migrado para a indÃstria abrindo novos horizontes e estabelecendo novos conceitos de uma forma geral. Com os sistemas de controle de processos nÃo à diferente e em particular em seu mais baixo nÃvel de implementaÃÃo (chÃo de fÃbrica) tem se observado uma atualizaÃÃo constante. Esta dissertaÃÃo està inserida neste Ãltimo contexto ou seja no projeto das malhas de controle de um sistema de controle de processos. Desta forma aspectos de sintonia de controladores convencionais do tipo PID (Proporcional, Integral, Derivativo) multivariÃveis (MIMO) e controladores MIMO preditivo baseado em modelos do tipo GPC (Generalized Predictive Control) sÃo estudados visando a implementaÃÃo prÃtica. VÃrios aspectos do sistema de controle tais como a identificaÃÃo do processo atravÃs de tÃcnicas paramÃtricas e nÃo paramÃtricas com diferentes representaÃÃes e aspectos do desacoplamento entre as malhas do processo, por se tratar de sistemas MIMO, sÃo tambÃm abordadas, discutidas e implementadas. Para este propÃsito duas plataformas de desenvolvimento foram desenvolvidas no laboratÃrio do NÃcleo de Engenharia ElÃtrica NEEL do IFPI. A primeira plataforma consiste em sistema MIMO de ventilaÃÃo e aquecimento, a segunda plataforma um sistema de tanques duplo acoplados. Como conclusÃo do estudo dos experimentos prÃticos realizados pode-se estabelecer que o melhor controle para um processo depende da aplicaÃÃo ao qual este à destinado e para o bom funcionamento à necessÃrio o conhecimento teÃrico e prÃtico da dinÃmica do processo. Assim um bom controlador depende tambÃm do emprego de uma tÃcnica de identificaÃÃo adequada. / Nowadays, we observe the exponential increasing of demand for performance optimization in all areas of modern life. This search for better performances is also occurring in all industry sectors, either factory or energy activities. This best performances reflects an increase is all levels and achieve enormously the process control systems. With more strict performance requirement, technique formerly studied only in academic circle has been migrate for industry area, opening new horizons and establishing new concepts in general. It is not different with the process control systems, even in particular at the lowest level of implementation (factoryâs floor) has been noted a constantly update. This paper is inserted into this last concept, in other words, into the project of control mesh of process control systems. Thus the aspect of syntony of conventional controllers like PID (Proportional, Integral, Derivative) multivariable (MIMO) and MIMO predictive controllers based on models like GPC (Generalized Predictive Control) type are studied aiming to the practical implementation. Several system control aspects, such as identification of process through parametric and nonparametric technical with different representations and aspects of decoupling between the process meshes, as it is MIMO system, are also dealt, discussed and implemented. For that purpose, two development platforms were developed at IFPIâs NEE (NÃcleo de Engenharia ElÃtrica) laboratory. The first platform consists of MIMO system of ventilation and heating; the second platform is a system of coupled double tanks. As a conclusion of the study of practical experiments conducted, can be established that the best control for a process depends on the application for which it is destined and for the proper functioning is necessary the theoretical and practical knowledge of the dynamic of the process. Thus a proper controller depends also on the use of a technique for proper identification.

nÃo hà / Sistemas climatolÃgicos sÃo caracterizados por apresentarem modelagem complexa e de baixa previsibilidade. Em regiÃes de clima semiÃrido, como o Nordeste Brasileiro, informaÃÃes de previsÃo climatolÃgicas sÃo de interesse para um melhor aproveitamento dos recursos hÃdricos. O Estado do CearÃ, localizado no norte do Nordeste Brasileiro, sofre periodicamente com os problemas de estiagem. Atualmente a FundaÃÃo Cearense de Meteorologia e Recursos HÃdricos (FUNCEME), ÃrgÃo pertencente ao governo do Estado do CearÃ, à responsÃvel por gerar pesquisas voltadas a trazer um melhor entendimento fenomenolÃgico do clima do Estado e com isso efetuar uma melhor previsÃo de como serà o perÃodo de chuvas. Hoje a FundaÃÃo utiliza-se de modelagem numÃrica composta por dois modelos regionais, Modelo Regional Espectral 97 (MRE) e o Regional Modeling Atmospheric System (RAMS), aninhados por uma tÃcnica de downscaling ao modelo dinÃmico de grande escala ECHAM4.5, para efetuar suas previsÃes. Os modelos dinÃmicos sÃo caracterizados por apresentarem elevado custo computacional, grande quantidade de dados para sua entrada e alta complexidade na utilizaÃÃo. O desenvolvimento de modelos de previsÃo baseados em Redes Neurais Artificias (RNA) abrange diversas Ãreas do conhecimento e tem apresentado resultados promissores. Modelos baseados em redes neurais sÃo capazes de reproduzir deferentes tipos de sistemas atravÃs da sua capacidade de aprendizado. Nesta dissertaÃÃo foi desenvolvido um modelo de previsÃo de chuvas para as oito regiÃes homogÃneas do Estado do CearÃ, que apresenta um baixo custo computacional e de fÃcil utilizaÃÃo. Para atingir este desenvolvimento foi utilizada uma RNA baseada na tÃcnica Neo-Fuzzy Neuron (NFN). Apesar de ser proposto um novo modelo de previsÃo, nÃo se deseja a substituiÃÃo dos atuais modelos, o novo modelo proposto nesta dissertaÃÃo tem por finalidade enriquecer as informaÃÃes geradas atravÃs de modelos de previsÃo para que assim possa ser gerada uma melhor prediÃÃo de como serà o perÃodo de chuvas no Estado do CearÃ. O modelo proposto foi comparado ao modelo MRE que à atualmente utilizado pela FUNCEME para suas previsÃes. Nesta comparaÃÃo utilizou-se como indicadores de desempenho: tempo de execuÃÃo, valor da raiz quadrada do erro mÃdio quadrÃtico (REMQ) e a correlaÃÃo com os valores observados. Ao final pode-se concluir que o modelo desenvolvido apresentou um melhor desempenho com menor tempo de processamento em relaÃÃo ao modelo dinÃmico MRE para efetuar a previsÃo de chuvas. / Climatological systems are characterized by complex modeling and having low predictability. In semi-arid regions, as the Brazilian Northeast, weather forecast information are necessary for the maintenance of life and a better use of water resources. The State of CearÃ, located on the north of Brazilian Northeast, is a region that suffers with drought for a long time. The FundaÃÃo Cearense de Meteorologia e Recursos HÃdricos (FUNCEME), which belongs to the state government, is responsible for generating research to bring a better phenomenological understanding on the weather of the State of Cearà and thus make a better prediction on how the rainy season will be. Today the foundation makes use of numerical modeling consisting of two regional models, the Regional Spectral Model (RSM) and the Regional Modeling Atmospheric System (RAMS), nested by a downscaling technique to the large scale dynamic model ECHAM4.5, in order to do its predictions. Dynamic models are characterized by their high computational costs, large amounts of information on its input and high complexity usage. The development of forecasting models based on Artificial Neural Networks (ANN) covers various areas of knowledge showing promising results. Neural network based models are capable of reproducing different types of systems through its learning capability. In this thesis it was developed a model for predicting rain for the eight homogeneous regions of the state of Cearà that presents low computational cost and easy use. In order to achieve this development it was used an ANN base on a Neo-Fuzzy Neuron (NFN) technique. Despite being offered a new prediction model, this thesis aims to enrich the information generated by forecast models and do a better prediction on the rainy season of the State of CearÃ. The proposed model was compared to the RSM model that is currently in use by FUNCEME in its predictions. In this comparison, as performance indicators, it was used: the execution time, value of the root mean square error (RMSE) and the correlation with the observed values. At the end, it is concluded that the proposed model had a better performance and was faster than the RSM dynamic model in its predictions.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / A geraÃÃo de energia elÃtrica que combina o desenvolvimento humano com menos impactos ambientais e menos poluiÃÃo à um item fundamental no inÃcio deste sÃculo. Assim, a principal motivaÃÃo da caminhada atual à o desenvolvimento de novas topologias de sistemas descentralizados de fornecimento de energia. O objetivo à desenvolver um conversor bidirecional com alto ganho tensÃo, que à projetado para operar em dois modos: boost e buck. A topologia apresentada permite a transferÃncia bidirecional de energia, o que em algumas situaÃÃes, à transferida para o barramento CC, ou para um banco de baterias. O conversor à projetado para um potÃncia de 2 kW. à apresentado o desenvolvimento teÃrico e experimental do projeto para os dois modos de operaÃÃo. A fim de validar a proposta, sÃo apresentados resultados experimentais, para uma potÃncia de 1 kW. Os resultados foram satisfatÃrios e seu rendimento global de 93%. O protÃtipo foi testado em condiÃÃes diferentes que podem ser encontradas no dia-a-dia. / The achievement of energy generation which combines human development with less environment pollution impact is a key item in the premises of this century. Thus the main motivation of the present walk is the development of new topologies for decentralized supply systems. The objective is to develop a bidirectional converter with high voltage gain, which is designed to operate in two modes: step-up (boost) and step down (buck). The presented topology enables to bidirectional energy transfer, which in some situations it is returned to the load DC bus, formed by a back of batteries. The converter is designed for 2 kW linear load power. If is presented theoretical development and experimental designs for the two operation modes. In order to validate the proposal, it is presented experimental results, from 1 kW laboratory prototype are presented as well and 93% overall efficiency. The prototype was tested in different conditions that may be found daily.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho visa a aplicaÃÃo dos controles robustos D-LQI e D-AlocaÃÃo de polos otimizados via LMIs em um conversor boost de alto ganho de tensÃo com cÃlula de comutaÃÃo de trÃs estados. Este conversor consiste numa topologia moderna derivada do conversor boost clÃssico. O boost à considerado um elevador de tensÃo, o qual converte uma entrada na faixa de 42-54V à 400 V. O conversor boost proposto à reduzido ao modelo de um conversor equivalente e à modelado no espaÃo de estados mÃdio, em que à observado que a matriz D diferente de zero, sendo entÃo uma modelagem que apresenta uma peculiaridade de acordo com a literatura, pois a soluÃÃo de controle à mais complexa. As estratÃgias de controle aplicadas usam de procedimentos matemÃticos denominados de Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs-Linear Matrix Inequalities), que podem ser resolvidos por otimizaÃÃo convexa ou programaÃÃo semidefinida positiva (SDP procedures). As ferramentas matemÃticas utilizadas para resoluÃÃo das LMIs neste trabalho sÃo o Yalmip e Sedumi, que sÃo inseridas no MATLAB . AlÃm disso sÃo analisadas as incertezas presentes no processo, bem como a robustez do modelo em malha fechada. SÃo obtidos os resultados de simulaÃÃo via MATLAB -PSIM e sÃo feitas as anÃlises referentes a estes resultados, alÃm da anÃlise dos resultados experimentais e a conclusÃo do estudo, alÃm das propostas de trabalhos futuros. O ApÃndice mostra os procedimentos de instalaÃÃo dos resolvedores alÃm do uso correto com base nas equaÃÃes descritas na teoria sobre LMIs. / This work involves the application of robust controls D-LQI and D-pole placement via LMIs in a high-gain boost with three states switching cell. This converter consists of a modern topology derived the classic boost converter . This boost converter is considered a step-up converter, which a range of 42-54V voltage input to 400V voltage output. The proposed boost converter is reduced to equivalent model and is modeled at space state avarage, in which is observed that the matrix D not equal nought, being then a modeling that presents a peculiarity according to literature, thus the control solution is more complex. The control strategies applied use mathematical procedures called Linear Matrix Inequalities (LMIs), which can be solved by convex optimization or positive semidefinite procedures (SDP). The mathematical tools used to solve the LMIs this work are Yalmip and Sedumi, which are inserted in MATLAB. Further analyzes the uncertainties present in the process, as well as the robustness of closed loop model. The simulation results are obtained via MATLAB and PSIM and analyzes made regarding these results, besides the analysis of experimental results and conclusion of study, in addition to proposals for future work. The Appendix shows the installation procedures and use correct solvers based on the equations described in LMI theory.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Neste trabalho foi construido um sistema de hardware e software acoplado em uma incubadora comercial transformando-a em uma plataforma de estudo sobre o processo de umidade e temperatura caracteristico deste sistema. Atraves do software em um computador e possivel fazer medicoes das variaveis controladas e modificar os valores das variÃveis manipuladas, neste caso, o resistor de aquecimento do ar, no sistema de temperatura, e o resistor de aquecimento da agua no sistema de umidade. Foram identificados modelos do processo e um controlador preditivo do tipo GPC foi projetado para atender os criterios definidos na norma NBR IEC 60601-2/19. Para verificar o cumprimento destes critÃrios pelo controlador foi construido um sistema de hardware e software para realizar alguns dos ensaios previstos pela norma, criando um sistema de avaliacao de desempenho do comportamento das grandezas de temperatura e umidade relativa do ar no interior de incubadoras neonatais conforme a norma. O desempenho do controlador projetado foi comparado com o controlador pre existente da incubadora comercial. Foi verificado que o controlador projetado conseguiu atender os critÃrios da norma com sobre-sinal e erro de regime menores que os obtidos pelo controlador ja pre-existente na incubadora comercial. / In this work was built a system of hardware and software engaged in a commercial incubator turning it into a platform to study the process of humidity and temperature characteristic of this system. Using the software on a computer can make measurements of controlled variables and modify the values of the manipulated variables, in this case the resistor heating the air in the temperatureâs system and the heating resistor of the water in the humidityâs system. Process models were identified and a predictive controller type GPC is designed to meet the criteria defined in the standard NBR IEC 60601-2/19. To verify compliance with the criteria by the controller was built a system of hardware and software to perform some of the tests required by the standard. The performance of the controller was designed compared to the controller pre-existing commercial incubator. It was verified that the controller designed could meet the criteria of the standard more efficiently than the already pre existing business in the incubator.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / "Este trabalho apresenta um estudo dos inversores multinÃveis em cascata usando cÃlulas H-bridge na configuraÃÃo assimÃtrica usando transformador de mÃltiplos secundÃrios. Ele demonstra equaÃÃes para o cÃlculo da freqÃÃncia das cÃlulas para o inversor operando com as configuraÃÃes binÃria e ternÃria, bem como o projeto completo do transformador toroidal com nÃcleo laminado. Este trabalho define a melhor freqÃÃncia de operaÃÃo do transformador que possibilita reduÃÃo no tamanho se comparado a operaÃÃo em 60 Hz. Ele tambÃm aborda uma metodologia para o cÃlculo das perdas nas cÃlulas do inversor as quais sÃo Ãteis para o cÃlculo tÃrmico do inversor." / This dissertation proposes a design of a cascaded multilevel inverter using H-bridge cells in asymmetric configuration and a multiple secondary transformer. Equations for determining the frequency operation of each cell with binary and ternary configurations, as well as the complete design of toroidal transformer with laminated core. This work proposes also the optimal operating frequency of the transformer that enables reduction in core size, when compared to 60 Hz operation. It is also discussed a methodology for calculate the losses in the cells of the inverter, which are useful to determine the thermal behavior of the inverter.

Os modernos sistemas de mediÃÃo, proteÃÃo, comando, controle e supervisÃo (MPCCS) tÃm contribuÃdo de forma significativa para o aumento da seguranÃa, confiabilidade e continuidade de serviÃo dos sistemas elÃtricos de potÃncia. O sistema de proteÃÃo à parte relevante desse sistema multifuncional, o qual tem como objetivo principal manter a integridade do sistema elÃtrico quando submetido a um distÃrbio, garantindo a seguranÃa de pessoas e assegurando a continuidade de serviÃo da porÃÃo nÃo envolvida no problema. Para tanto, o sistema de proteÃÃo deve atender a alguns requisitos bÃsicos tais como: boa seletividade e coordenaÃÃo, rapidez na atuaÃÃo, sensibilidade para proteger a maior zona de proteÃÃo possÃvel e confiabilidade. No sistema de proteÃÃo, um componente assume uma posiÃÃo de destaque: o relà de proteÃÃo digital. à neste componente que sÃo configurados os ajustes necessÃrios para o correto funcionamento do esquema de proteÃÃo de um dado sistema elÃtrico. Os relÃs de proteÃÃo digitais sÃo equipamentos multifuncionais, que possuem diversas funÃÃes de proteÃÃo, mediÃÃo de grandezas elÃtricas, registros oscilogrÃficos, supervisÃo, controle e comunicaÃÃo. AlÃm de todos estes recursos, os relÃs digitais dispÃem de mÃltiplos grupos de ajustes que podem ser previamente configurados conforme necessidade operacional. A mudanÃa de grupo de ajuste de um relà à um recurso amplamente utilizado pelas Ãreas de proteÃÃo das empresas do setor elÃtrico, possibilitando uma otimizaÃÃo do ajuste do sistema de proteÃÃo, compatibilizando-o Ãs diversas topologias assumidas pelo sistema elÃtrico apÃs uma falta ou retirada intencional de algum componente da rede. Atualmente este procedimento à realizado de forma manual, tornando-o vulnerÃvel à falha humana, podendo ter como consequÃncia desligamentos de grandes blocos de carga por falha de coordenaÃÃo, com graves prejuÃzos para os indicadores da qualidade de serviÃo de duraÃÃo e frequÃncia de interrupÃÃo, DEC e FEC, e para a imagem da empresa. Neste trabalho à apresentado um sistema, baseado em Redes de Petri Coloridas, capaz de realizar a mudanÃa automÃtica entre grupos de ajustes de um sistema de proteÃÃo a partir da mudanÃa de topologia do sistema elÃtrico. O sistema desenvolvido monitora a topologia da rede elÃtrica, em tempo real, a partir das informaÃÃes de estado dos disjuntores. Para qualquer alteraÃÃo na configuraÃÃo da rede elÃtrica, que caracterize necessidade de alteraÃÃo no sistema de proteÃÃo, automaticamente sÃo enviados sinais de comando para os relÃs, alterando os grupos de ajustes ativos de um conjunto predefinido, de modo a se obter a melhor graduaÃÃo de proteÃÃo possÃvel para a porÃÃo correspondente do sistema elÃtrico afetado pela alteraÃÃo de topologia. / The modern systems of measurement, protection, command, control and supervision (MPCCS) have contributed in a meaningful way to increase the security and reliability of the power systems. The most important part of this multifunctional system is the protection system, which has as the main goal to maintain the power system integrity when it is under a disturbance, assuring the peopleâs safety as well as the continuation of the services to the part of the system not involved in the disturbance. For this, the protection system must fulfill some basic requirements such as: proper selectivity and coordination, prompt response, sensitivity to protect the largest zone as possible and reliability. In a system protection, one component takes on a prominent position, given its functional importance: the digital protection relay. It is in this device where the necessary adjustments are configured for proper operation of the protection scheme of a given electrical power system. The digital relays are devices that have several protection functions, with multiple levels of settings, measurements, oscillography, supervision, control and communication. Besides all these features, the digital relays have multiple groups of settings that can be previously configured and switched among them, according to operational needs. The changing of setting group in a relay is a very important resource at a protection system, extensively used by protection sectors of companies in the power sector, allowing the optimization of the protection system setting, making it compatible to a new topology taken on by the system after a fault or an intentional removal of some system component. Nowadays this procedure is performed manually, making it vulnerable to human errors that might occur as a consequence of an outage, with serious effect in the system performance indices. In this sense this work presents a system, based on Colored Petri Nets, able to automatically change the setting groups of a protection system when the power network topology changes. This system monitors in real time the status of the circuit breakers in order to take the decision whether a meaningful change in the network topology has taken place. If so, a command is automatically sent to the relays to change the active group setting so as to maintain a suitable coordination of the protection system.