Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345230.pdf: 7717864 bytes, checksum: 04e0f5aa4347227fd8641fd245823b8b (MD5) Previous issue date: 2016 / Métodos de controle de intervalo para operação de sistemas de ônibus baseados em retenção são analisados para demonstrar que permitir variação nos intervalos entre ônibus consecutivos resulta em possíveis ganhos no tempo de viagem dos usuários, comparado à estrita aderência ao intervalo planejado. Este resultado, obtido empiricamente, indica que a operação ótima não é necessariamente alcançada com intervalos iguais. Tal constatação está relacionada ao fato já conhecido de que não deve haver muitos pontos de controle para correção dos intervalos. Três métodos de controle realimentado são testados, bem como um método de controle preditivo baseado em modelo que busca minimizar o tempo de espera dos usuários na estação e a bordo. O cenário para testes é um corredor BRT modelado em ambiente de microssimulação. Resultados da simulação indicam uma maior regulação dos intervalos e diminuição no tempo de viagem para todos os métodos de controle estudados em comparação ao caso sem controle. O controle preditivo apresenta desempenho superior aos demais quando o carregamento dos ônibus apresenta grandes variações ao longo do itinerário. Observa-se, ainda, que o controle preditivo retem os ônibus e regulariza os intervalos nos trechos de baixo carregamento, atrasando um número menor de usuários, e permite que os intervalos se desregulem onde o carregamento dos ônibus é mais elevado.<br> / Abstract : Holding-based control methods for bus operation are examined to point out that allowing greater variance in headways between consecutive buses leads to possible gains in total delay, as compared to strict adherence to a service headway. This result, obtained empirically, indicates that optimal operation is not necessarily attained with even headways. Such finding is related to the well-known fact that there should not be too many control points for headway corrections. Three feedback methods are tested, as well as a model predictive control method that seeks to minimize on board and at station delays. The scenario is a BRT corridor modeled in a microsimulation environment. Simulation results indicate greater headway regulation and the reduction of travel time for all control methods tested in relation to open loop operation. Predictive control outperforms proportional feedback control methods when passenger loads vary widely along the route. Moreover, predictive control holds the buses and equalizes the headways where passenger loads are low, delaying fewer passengers, and allows headways to vary where passenger loads are higher.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325637.pdf: 2225739 bytes, checksum: fda43672a4011f15b8ac9cf50879a918 (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta dissertação apresenta uma proposta para integração de um sistema de workflow a um modelo organizacional de sistemas multiagentes. Essa integração soluciona algumas limitações que os modelos organizacionais costumam apresentar e também adiciona propriedades importantes dos sistemas de workflow. São propostas três alternativas de integração (modelo híbrido, modelo workflow com missões e modelo workflow) e realizado uma comparação entre elas, sendo que a melhor alternativa é utilizada para a integração do sistema de workflow denominado Bonita ao modelo organizacional Moise. Além do modelo, uma linguagem de programação normativa foi estendida com a ?nalidade de suportar a agregação do workflow. Uma arquitetura de implementação para viabilizar o modelo proposto é apresentada. Essa arquitetura é baseada na arquitetura original do Moise que fornece operações e propriedades observáveis com o intuito de permitir que os agentes interajam com uma organização. A fim de avaliar a proposta, é apresentado um exemplo completo da utilização do modelo e um comparativo entre os padrões de fluxo de workflow. O comparativo mostra que o modelo com agregação de workflow suporta mais padrões de fluxo que o modelo sem a agregação. Por fim são apresentadas algumas vantagens da utilização do modelo proposto.<br> / Abstract : This work proposes a form of integration of a workflow system to a multiagent systems organizational model. This integration solves some limitations which organizational models generally present, also adding important propreties from workflow systems. Three integration approaches are proposed (hybrid model, workflow model with missions and workflow model), and compared. The best of them is used to integrate the workflow system called Bonita to the organizational model Moise. In addition to the model, a normative programming language has been extended in order to manage the integration with the work ow. One architecture of implementation is proposed in order to make the proposed model feasible. This architecture is based in the original one from Moise, which offers operations and observable properties, allowing agents to interact with an organization. In order to evaluate the proposed solution, a complete example of its use is presented, together with a comparative of workflow patterns. This comparative shows the model which uses workflow supports more flow patterns than the model without workflows. At last, some advantages of the proposed model are presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-23T03:17:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349537.pdf: 3602326 bytes, checksum: 7e58169dc85cf738efdbffdd96fcc49e (MD5) Previous issue date: 2017 / Nos últimos anos a tecnologia para exploração da energia dos ventos em altitudes elevadas - Airborne Wind Energy (AWE) - vem se desenvolvendo rapidamente. Várias empresas e grupos de pesquisa em todo o mundo já estão testando seus protótipos para validar as diferentes configurações e conceitos de AWE, sendo que todos dependem do controle de máquinas elétricas. A otimização da potência produzida e também o voo robusto da pipa frente a variações no vento podem ser obtidos com o controle adequado das máquinas. As máquinas utilizadas em AWE devem ser capazes de operar tanto como gerador, produzindo eletricidade, quanto motor durante manobras como pouso e fase de recolhimento. Essa versatilidade traz uma maior complexidade para a eletrônica de potência empregada.O controle de máquinas de corrente alternada é comumente utilizado na indústria, principalmente devido ao avanço de ferramentas como o conhecido Controle Vetorial, também nomeado de controle por orientação de campo (FOC). Nesse método, as correntes de fluxo magnético e torque eletromagnético são controladas separadamente em malhas internas, enquanto que a velocidade da máquina é controlada na malha externa e é responsável por produzir as referências para as malhas de corrente. Embora o controle de velocidade seja adequado para diversas aplicações, sua utilização em AWE pode ser problemática especialmente quando os ventos forem turbulentos. Manter a velocidade da máquina constante nesse cenário pode levar a flutuações indesejadas na força de tração do cabo e no ângulo de ataque do aerofólio, e eventualmente pode levar a pipa à condição de estol (queda).Para melhorar a confiabilidade do voo, é proposta nesse trabalho uma estratégia para controlar a força de tração no cabo de um sistema AWE na configuração pumping-kite através da adição de uma malha externa ao FOC. Essa malha compara o valor de tração medido com uma referência ótima e, baseado no erro de comparação, produz uma referência de velocidade para o FOC. As simulações são parametrizadas para representar o protótipo do projeto UFSCkite, a qual possui uma única máquina a ímãs permanentes de 12 kW e é projetada para suportar trações de até 800 kgf. Os resultados demonstram a eficiência do controlador proposto, não somente pelo seguimento de referências de tração, como também prevenindo que a pipa entre em estol. / Abstract : In the last few years the Airborne Wind Energy (AWE) technology has been undergoing a rapid development. Several companies and research groups around the world have already built prototypes to validate different AWE concepts and configurations, all of which rely on the control of electric machines. An appropriate machine control can optimize the power production and also allow for the tethered wing to fly robustly regardless of wind fluctuations, while respecting system constraints such as the maximum tether traction force and the reel speed saturation. These machines should be capable of operating not only as a generator, when producing electricity, but also as a motor during maneuvers such as landing and recovery phases. This required versatility brings extra complexity to the involved power electronics.Alternated current machines are commonly used in the industry, mainly due to advanced features such as the well known Vector Control, also referred to as Field Oriented Control (FOC). In this scheme, the magnetic flux and electromagnetic torque currents are regulated in the inner loop, whereas the machine speed is controlled in the outer loop. Although speed control is suitable for many applications, using it in a pumping-kite system might be problematic, especially when the kite is exposed to high levels of wind gusts. Keeping the machine speed constant in this scenario may cause the traction force and the airfoil angle of attack to fluctuate to undesirable values, which may eventuallylead the kite to a stall condition (and eventual crash).To improve flight reliability, in this work we present a strategy to control the tether traction force of a pumping-kite unit by adding an external loop to the FOC. This loop compares an optimum reference to the instantaneous measured traction force and, based on this control error, generates a speed reference to the FOC. The simulation is parameterized to represent the ground station prototype under development by the UFSCkite team, which is based on a single permanent-magnet machine of 12 kW and designed to support up to 800 kgf of traction force. The results show the effectiveness of the proposed control strategy, not only for tracking the traction force reference, but also for preventing the kite from stalling.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:47:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323967.pdf: 4810110 bytes, checksum: 833891ca0d07dcabd144bc848212ac49 (MD5) Previous issue date: 2013 / Abstract : Each day the number of devices or systems with some level of processing is greater. This point has contributed to areas with little or no affinity to set an emerging class of systems: the Cyber-Physical Systems (CPS). They are systems in which the computational core is integrated into the physical, biological and engineering processes; so new capabilities can be integrated to them. These systems are formed by different components and most of them are powered by batteries, because of this they have different energy profiles. The finite nature of the battery capacity is a crucial aspect to the system performance because it interferes directly on the quantity, quality and durability of its features. Thus, the usage of technique s which provide the means for managing the power consumption becomes an essential requirement in energy-aware designs. Therefore, this thesis proposes a set of integrated actions that are performed via software. The purpose is to realize a management of the power consumption in CPSs that are batterypowered. The approach uses an energy consumption mathematical model which defined by an operation mode. The operation mode encapsulates the energy consumption of external peripherals, that are controlled by an embedded software, into the CPS. Thus, the active states of the system are characterized by computational tasks, used to perform the energy consumption profile. In this way, it is possible to estimate the battery life, which is used as a reference for setting the system demand. A CPS scenario was used to validate the approach which was characterized by a mobile robotic system. Some targeted experiments have been developed in order to measure the currents drawn by the robot peripherals and also by the computer system during its operation. The results have been compared with the estimated values using the proposed approach. This analysis confirms the validity of the hypothesis: there is a close relationship between the computer system and electromechanical devices, that is, the devices activation is related to the type of computational task performed by the system. Based on that, the considerations underlying the proposal are presented and they go toward the validation of the model and the feasibility of the developed approach. Finally, the contributions and limitations of the research, as well as the suggestions for a future work are related.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:47:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 324099.pdf: 5732433 bytes, checksum: b9c4abbe1446a88cb9ef389796fd3572 (MD5) Previous issue date: 2013 / A locomoção ágil de robôs com pernas em terrenos irregulares necessita que todas as tarefas - desde a geração/planejamento de trajetórias ao controle do movimento - interajam de maneira harmoniosa. As diferentes tarefas, por exemplo, a geração de trajetórias e as ações de controle, em geral, não podem gerar conflitos com relação ao movimento desejado. Nesta tese, propõe-se uma estrutura de controle reativa para locomoção de robôs quadrúpedes em terrenos irregulares. O objetivo de tal estrutura è fazer frente à problemas relacionados à locomoção em superfícies irregulares, ao erro de rastreamento de trajetória e a imprecisão da estimação de estados. A estrutura compreende a dois módulos principais: um relacionado a geração do movimento, e outro relacionado ao controle do movimento do robô. Para a geração do movimento propõe-se uma abordagem baseada em Geradores de Padrões Centrais, que geram referências no espaço da tarefa e podem ser modulados de acordo com a superfície do terreno. Para o controle do movimento propõe-se uma estratégia de controle baseado em projeção de espaço nulo e uma estratégia de controle para rejeição de distúrbios baseada no conceito de pontos de captura. As principais contribuições teóricas foram validadas em simulação e implementadas em um robô real. Ao final do documento, tais resultados são apresentados para demonstrar a efetividade da estrutura proposta.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:50:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326077.pdf: 3054707 bytes, checksum: 7ff202c70b0a2dea921ff1a25b2056b4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta a construção de um modelo computacional para estudo do comportamento energético de um Motor Brushless e do inversor de frequência utilizado para acioná-lo. Para a construção desses modelos foi utilizada a técnica de representação em Bond Graphs. Essa técnica cria uma representação totalmente gráfica para o modelo, no qual, as equações dinâmicas estão intrínsecas aos elementos. Isso permite uma melhor compreensão de como interagem os componentes de um sistema dinâmico. A técnica de Bond Graphs permite ao usuário uma análise do modelo ainda durante a fase de modelagem, o que evita trabalhos de remodelagem. A representação criada para o motor brushless foi baseada no modelo dinâmico vetorial decomposto no eixo de referência d-q desse motor. Para o inversor de frequência foram estudadas duas propostas de modelagem. A primeira foi construída baseada no circuito equivalente resistivo para este conversor. A segunda proposta utiliza a aplicação de um novo elemento do Bond Graphs para facilitar a representação do inversor. Os dois modelos foram reproduzidos, analisados e melhorados neste trabalho. Por fim, os modelos obtidos foram simulados e analisados para verificar se apresentavam o comportamento teórico esperado. Os modelos também foram submetidos a uma análise energética, provando serem boas ferramentas para fins de estudo do consumo de energia.<br> / Abstract : This work presents the development of a computational model for study of the energetic behavior of a brushless motor and a frequency inverter used to drive it. For the construction of these models, the technique of representation by Bond Graphs was used. This technique creates a fully graphical representation for the model, where the dynamic equations are intrinsic to the elements. This allows a better understanding of how the components of the system interact with each other. The Bond Graphs allow the user to run an analysis of the model during the modeling phase, which prevents remodeling work. The representation created for the brushless motor is based on vector dynamic model decomposed in d-q reference frame of this motor. Were studied two proposals for modeling the Inverter. The first one was built based on the resistive equivalent circuit for this converter. The second proposal uses the application of a new element of Bond Graphs to facilitate the representation of the inverter. These two models were reproduced, analyzed and improved in this work. Finally, the developed models were simulated and analyzed to verify that they presented the expected theoretical behavior for these equipment. The models were also submitted to an energy analysis, proving that they are good tools for studying the energy consumption.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:20:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332109.pdf: 3010980 bytes, checksum: 10cad49c894b23603ba4e87225122deb (MD5) Previous issue date: 2014 / O termo Cyber-Physical System representa um dispositivo eletrome-mecânico controlado por um sistema baseado em computador, exemplos deste tipo de sistema incluem robôs, aviões, redes inteligentes, entre outros. Devido a natureza multidisciplinar dos Cyber-Physical Systems, eles normalmente são projetados utilizando diferentes modelos. A perspectiva "cibernética" deste tipo de sistema pressupõe a existência de: (i) um modelo matemático que representa a dinâmica do sistema físico, (ii) algoritmos de controle, e (iii) um projeto do sistema computacional embarcado. Dentro deste contexto, esta tese de doutorado investiga uma forma de abordar adequadamente o projeto do sistema computacional embarcado de um Cyber-Physical System baseada na modelagem funcional do mesmo. Buscando evitar desta forma a criação de modelos funcionais e arquitetônicos dissociados, e além disso, promover uma abordagem de projeto dirigido por modelos, proporcionando benefícios como a independência de plataforma, níveis de abstração mais altos, e a reutilização de informações. Como resultado da pesquisa realizada, e apresentada uma solução que ajuda a realizar a transição do modelo funcional para o modelo de arquitetura de software durante o processo de desenvolvimento de um Cyber-Physical System. Para isso, é sugerido como relacionar elementos de um modelo funcional com elementos de um modelo de arquitetura. A solução proposta, chamada de "Transformação Assistida de Modelos (AST)", fornece suporte para a transformação de modelos Simulink utilizados para a modelagem funcional em modelos arquitetônicos expressos em AADL, e aumenta a confiabilidade de que os modelos funcional e arquitetural são consistentes entre si, uma vez que diminui ocorrência de erros de inconsistência de interface (portas, tipos de dados e conexões) entre os mesmos. A AST contribui portanto, com a implantação/integração de aplicativos vericados em arquiteturas validadas tornando o processode desenvolvimento de Cyber-Physical Systems mais robusto. Durante os experimentos, realizados na forma de estudos de caso, os modelos gerados pela AST mostraram-se passíveis de análises sintáticas, verificações comportamentais, e análises de escalonabilidade e de la-tência de fluxos, o que serviu para reforçar a escolha pelo de o uso de modelos AADL durante o processo de desenvolvimento de CPS. Também foi implementado no escopo desta pesquisa, o protótipo de uma ferramenta computacional que automatiza a aplicação da solução proposta. O protótipo foi implementado utilizando a linguagem de programação Java, e empacotado como um plugin para ser usado dentro do ambiente OSATE (Open Source Architectural Environment Tool ), que é um processador de modelos AADL que roda dentro do Eclipse. O plugin em questão, chamado de AS2T, também pode ser considerado uma alternativa para estender a cadeia de transformação de modelos do ambiente TOPCASED, que é um ambiente OpenSource para desenvolvimento de sistemas embarcados críticos que também faz uso do OSATE.<br> / Abstract: Cyber-Physical System (CPS) is a denomination used to represent an electro-mechanical device controlled by a computerized system. Examples of CPS include robots, airplanes, smart grids, among others. Due to the multidisciplinary nature of CPSs, they are normally de-signed using different models. The "cybernetic" perspective assumes the existence of: (i) a mathematical model that represents the dynamics of the physical system, (ii) some control algorithms, and (iii) a design of the embedded computing system. In this context, this thesis investigates a way to adequately address the design of the architecture embedded computing system of a CPS based on apreliminary functional model. Looking forward to avoid the creation of decoupled functional and architectural models and aiming to promote a model-based design approach for CPS, the proposed approach targets using higher levels of abstraction and model-information reuse. The solution presented in this thesis is named "Assisted Transformation of Models" (AST), it focuses on discussing how to related elements of a functional model with the elements of an architectural model. AST provides support for the transformation of the Simulink models used for the functional modeling into architectural models expressed in AADL. As benets of using the proposed solution, one can see that it increases the reliability that the functional and architectonical models are consistent between themselves, especially when considering the connection interfaces between components (ports and connections data types). Experiments were conducted to validate the proposed transformation process. The generated models were analyzed in respect to the syntax correctness and also regarding additional model analyses, such as behavioral verication and schedulability analysis. The work provides a prototype tool that automates the proposed transformation process. Such tool can be used as plugin from OSATE (Open Source Architectural Environment Tool), which is an AADL processor that runs within Eclipse. The AS2T plugin can be considered an alternative to extend the chain of transformation of models of the TOPCASED environment, which is an OpenSource development environment of critical embedded systems that makes use of OSATE.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:21:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329171.pdf: 3158116 bytes, checksum: f50218dc87a2d867fe1ced6ac4de9cf7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho aborda o aumento da eficiência energética de uma unidade de aquecimento de água para o banho, uma vez que 24% do consumo energético no setor doméstico é utilizado para esse fim. Além disso, o chuveiro elétrico, que está presente em aproximadamente 73% das residências brasileiras, é o principal responsável pelo pico da demanda energética que ocorre entre as 18h e 21h. Diante disso, propõe-se um sistema de aquecimento híbrido, que utiliza como fontes de energia a solar e a elétrica. O sistema é composto basicamente por coletores solares, um tanque de armazenamento e um chuveiro elétrico. Válvulas automáticas e controladores de potência são inseridos na planta para regular as temperaturas da água do boiler e do chuveiro e as vazões de água quente e fria durante o banho. Um microcontrolador é responsável por controlar todo o sistema, a fim de atender aos requisitos (temperatura e vazão do banho) definidos pelo usuário. O ajuste da abertura das válvulas e da potência do chuveiro é feito de forma automática, aumentando o conforto do usuário. Para garantir que a planta solar híbrida irá operar de forma a minimizar o consumo de energia elétrica e reduzir o erro de seguimento a referência, foi desenvolvida uma função de otimização. Como essa função requer uma grande capacidade de processamento, um algoritmo de controle sub-ótimo foi criado para que pudesse ser utilizado em microcontroladores mais simples e baratos. O sistema híbrido foi modelado matematicamente e as expressões foram validadas utilizando os dados adquiridos em um protótipo construído em Florianópolis, Santa Catarina. Testes de campo e simulações comprovaram que o sistema proposto é economicamente viável, economizando expressivas quantidades de energia elétrica e água se comparado aos sistemas tradicionais. Ao tomar como base a média anual do clima de Florianópolis, a planta solar híbrida é capaz de reduzir o consumo de energia elétrica em mais de 78%. Além disso, o sistema solar proposto, se comparado a uma planta solar tradicional, evita o desperdício do volume de água que fica acumulado no encanamento entre o boiler e o chuveiro, o que pode representar uma economia superior a 4 mil litros de água por ano para uma família com quatro pessoas.<br> / Abstract : This work addresses the increasing energy eciency of a heating waterunit for bath. This motivation is based on the fact that 24% of energyconsumption in the domestic sector is used for this purpose. Moreover,the electric shower, which is used in approximately 73% of Brazilianresidences, is the main responsible for the peak energy demand thatoccurs between 18h and 21h. Therefore, a hybrid heating system usingsolar and electric energy is proposed. The system is basically composedof solar collectors, a storage tank and an electric shower. Automaticvalves and power controllers are used in the plant to regulate watertemperature inside the boiler and in the shower, and to control hot andcold ow rates during bath. A microcontroller is responsible to controlthe entire system, in order to meet the requirements (bath temperatureand water ow) dened by the user. The adjustment of valveopening and shower power is done automatically, enhancing the comfortfor the user. To ensure that the hybrid solar plant will operate tominimize energy consumption and reduce the reference tracking error,an optimization function was developed. Since this function requiresa large processing capacity, a suboptimal control algorithm was createdso it could be used in simpler and cheaper microcontrollers. Thehybrid system was mathematically modeled and expressions were validatedusing data acquired on a prototype built in Florianopolis, SantaCatarina. Field tests and simulations showed that the proposed systemis economically viable, saving signicant amount of energy and watercompared to traditional systems. Based on the annual average of theclimate in Florianopolis, the hybrid solar plant is able to reduce energyconsumption by more than 78%. Moreover, the proposed solar system,compared to a traditional solar plant, avoids wasting the volume ofwater that gets accumulated in the pipeline between the boiler and theshower, which may represent an economy greater than 4000 liters ofwater per year, considering a family with four people.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:24:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329019.pdf: 9257590 bytes, checksum: 081e4df4c1baf4b4b76dcc51c4aabda2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta dissertação apresenta um estudo sobre a influência dos dispositivos de ação variável de um sistema de refrigeração de duplo-evaporador. Os dispositivos de ação variável deste sistema são o compressor de velocidade variável, uma válvula de distribuição entre os evaporadores e as válvulas de expansão variável. Foi construído um protótipo do sistema de duplo-evaporador. Foram desenvolvidas três técnicas (monovariável PI, multivariável LQG e monovariável por modos deslizantes para a válvula de distribuição) para controlar as temperaturas do congelador e do refrigerador através da velocidade do compressor e da fração de operação da válvula de distribuição. A análise dos resultados obtidos com estas técnicas indica que uma estratégia de controle chaveado para a velocidade do compressor e fração de operação da válvula de distribuição pode levar o sistema a operar com maior eficiência energética em regime permanente e a responder mais rapidamente à perturbações de carga. Com base nestas conclusões, foi desenvolvida uma metodologia para o projeto de uma lei de chaveamento baseada em múltiplas funções de Lyapunov com custo garantido das variáveis de saída do sistema. Esta lei de chaveamento foi aplicada, com limitação da frequência de chaveamento, ao protótipo do sistema. Para evitar uma grande limitação da frequência de chaveamento, os sinais aplicados aos atuadores foram definidos como a média dos últimos seis sinais de controle calculados pela lei de chaveamento. Foi verificado que um projeto adequado do custo garantido das variáveis de saída permite o sistema chaveado operar melhor com a limitação da frequência de chaveamento. O controle chaveado projetado garantiu o seguimento de referência das saídas do sistema e uma resposta mais rápida, do que a obtida pelas outras técnicas de controle, para as perturbações de carga, porém não levou o sistema a obter menor consumo de energia. A influência das válvulas de expansão foi analisada em regime permanente e em regime transitório. Os resultados obtidos permitem concluir que tubos capilares bem dimensionados podem substituir o uso de válvulas de expansão sem grande penalização do desempenho do sistema.<br> / Abstract : This master thesis presents a study on the in uence of the variable action devices of a dual-evaporator refrigeration system. The variable action devices of this system are the variable speed compressor, the distribution valve between the evaporators and the variable expansion valves. It was built a dual-evaporator prototype system. It was developed three techniques (single variable PI, multi variable LQG and single variable sliding mode to distribution valve) to control the freezer and fresh-food temperatures by the speed compressor and operation fraction of the distribution valve. The results analysis indicates that a switched control strategy to the speed compressor and operation fraction of the distribution valve can drive the system to operate with better energetic efficiency in steady state and to respond faster to load disturbances. Based on these statements, it was developed a methodology to design a switching rule based on multiple Lyapunov functions with guaranteed cost of the output system variables. This switching rule was applied with frequency limitation to the prototype system. In order to avoid a big switching frequency limitation, the applied signals on actuators were defined as the medium of the last six control signals calculated by the switching rule. It was verified that a suitable design of the guaranteed cost of the output system variables allows the system deals better with the switching frequency limitation. The switched control designed ensure the reference tracking by the output system variables and a faster response to load disturbances than the ones obtained by another control techniques, however it did not drive the system to a lower energy consumption. The expansion valves in uence was studied in steady state and in transient response. The obtained results showed that well designed capillary tubes can substitute the expansion valves without considerable system performance penalty.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:26:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330228.pdf: 1707908 bytes, checksum: e9e7656943afa359919bcdb455b78423 (MD5) Previous issue date: 2014 / Sistemas de controle via rede (NCS, do inglês Networked Control Systems) são uma classe especial de sistemas amostrados digitalmente, nos quais os dispositivos do sistema de controle se comunicam através de uma rede de comunicação (como mostrado na Fig. I). Significantes avanços tecnológicos tem levado a um maior interesse tanto na utilização de NCS em ambiente industrial (MOYNE; TILBURY, 2007), quanto em pesquisas relacionadas ao assunto (HESPANHA; NAGHSHTABRIZI; XU,2007; HEEMELS; WOUW, 2010; ZHANG; GAO; KAYNAK, 2013). Algumas das vantagens oferecidas por tais sistemas, com relação a sistemas de controle tradicionais, compreendem menor custo de implementação, flexibilidade e facilidade de manutenção. Apesar disso, inerentemente alguns efeitos indesejados também podem ocorrer, tais como atrasos na comunicação e intervalos de amostragem variantes, ocasionando degradação no desempenho do sistema em malha fechada. Devido a esses efeitos, a análise de estabilidade e também o projeto de controladores para NCS tornam-se mais desafiadores (TANG; YU, 2007). De modo geral, os estudos sobre NCS podem ser divididos em duas grandes áreas: controle da rede e controle via rede (GUPTA; CHOW, 2010). A primeira está mais interessada em proporcionar uma melhor qualidade no serviço de transmissão de dados realizado pela rede de comunicação, enquanto a segunda objetiva uma melhor qualidade do desempenho dos sistemas de controle sob determinadas condições induzidas pelos efeitos da utilização da rede. Embora tipicamente tratadas de forma separada, recentemente alguns esforços têm sido empreendidos de modo a integrar algumas características de ambas as áreas em fase de projeto, as chamadas estratégias de co-design (TORNGREN et al., 2006). Uma abordagem integrada é necessária de modo a se obter uma maior compreensão do funcionamento de um NCS, podendo assim obter um melhor desempenho geral do sistema. Neste contexto, especialmente levando em consideração que o uso rede de comunicação é limitado, tal recurso deve ser corretamente distribuído entre os sistemas de controle de modo a garantir um funcionamento adequado. Além disso, requisitos de desempenho individuais de cada planta também devem ser cumpridos, mesmo sujeitos a tais restrições de limites de recursos.<br> / Abstract: Networked control system (NCS) is a special class of sampled-data system where control systems devices are interconnected through a communication network. Despite the advantages, such as lower cost, flexibility and easy of maintenance compared to a more traditional implementation, some undesired effects may be induced by the use of a shared medium in the feedback loop, for instance, time-varying sampling intervals and delays. Due to the multidisciplinary nature of an NCS, the analysis and design of such systems also demand a more comprehensive approach. Thus, the main objective of this thesis is to propose some strategies for the synthesis of dynamic output feedback compensators, assuming an industrial network control system environment with temporal behavior features and requirements. Throughout this document, the NCS is modeled considering unknown time-varying delays, which leads to an uncertain system representation, later overapproximated by a convex polytope with additional norm-bounded uncertainty. Based on parameter dependent Lyapunov functions, closed-loop stability conditions are provided, which can be verified in terms of feasibility of a set of linear matrix inequalities (LMIs). The control designs are then promptly derived from the stability conditions, leading to delay-dependent compensators. Furthermore, an integrated control design and resource management strategy is proposed, taking into account the controller design while also addressing the shared nature of the communication network. This co-design strategy assumes that a supervisor task has the knowledge of all devices that access the network, as well as their allocated bandwidths. Numerical examples and simulations are provided to illustrate the effectiveness of the proposed design methodologies.