Este trabalho objetiva a modelagem tipo concentrada para uma estrutura com um elo flexível, bem como o controle desta estrutura. Esta modelagem exibe um significado físico mais claro e é relevante por dois motivos principais: simplicidade e eficiência. Uma estratégia de controle tipo LQG é implementada, sendo apresentados resultados de simulação e experimentais, empregando o robô flexível ITA-IEMP do Departamento de Engenharia Mecânica-Aeronáutica, havendo boa concordância entre eles. Posteriormente é estudado o rastreamento de trajetórias e identificação adaptativa das não-linearidades de robôs com um elo flexível. O desenvolvimento de leis de controle ativas para robôs flexíveis constitui um problema em aberto: a principal dificuldade reside nas severas não-linearidades presentes nos atuadores robóticos e nas próprias estruturas flexíveis. é proposto neste trabalho um controlador neural para o rastreamento de sinal de um robô com um elo flexível. Por meio de uma análise do tipo Lyapunov-Like, as condições suficientes para a estabilidade do sistema de controle são determinadas. Adicionalmente, são estabelecidos limitantes para os erros de rastreamento e de identificação. O desempenho da estratégia de controle é avaliado e comparado com uma estratégia LQG via simulações, as quais foram efetuadas com o modelo não-linear obtido utilizando-se a abordagem de modelagem tipo discreta. Termos adicionais de atritos não-lineares foram incluídos na dinâmica de simulação para ilustrar a habilidade do controlador neural em compensar dinâmicas não-lineares não modeladas. Conclui-se que o desempenho da estratégia proposta é bem superior ao exibido pelo controlador LQG.

The objective of this thesis is to propose a design method for controllers to secure specified robust oscillation amplitude and frequency for separable nonlinear systems exhibiting unavoidable or desirable limit cycles. The design approach of robust limit cycle controllers introduced here can be used for autonomous systems with separable single-input-single-output nonlinearities. The proposed design approach consists of quasi-linearization of the nonlinearity via the Describing Function (DF) method and then shaping the loop to reach desired limit cycle characteristics. As the DF method is used, loop shaping takes place in the Nyquist plot, because the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is related to the limit cycle characteristics of the system. In the problem addressed in this thesis, the original linear subsystem (i.e. without controller) is considered as an uncertain system with unstructured uncertainty. A condition to be satisfied by the shaped loop is given such that the controlled system has limit cycle characteristics as close as possible to the nominal characteristics even though the uncertainty considered. Three requirements are satisfied in the loop shaping step. The first requirement assures the nominal desired limit cycle characteristics in the designed system. The second is related to limit cycle stability, i.e., if a (small) perturbation disturbs the limit cycle of the controlled system, it will return to the earlier limit cycle. The third requirement addresses the robustness question, and the condition mentioned before is used. After the loop is shaped to satisfy the requirements, a controller is computed so that the controlled linear subsystem transfer function is equal the transfer function obtained in the loop shaping. This approach is applicable to systems with linear subsystems that are minimum phase. In some cases it may be necessary to add a high frequency pole in order to obtain a proper controller. Examples are given in order to illustrate the robustness of the controlled system with respect to uncertainty in the linear subsystem model. In the first example the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is on the real axis. In the second example the crossing point is not on the real axis and so, restrictions more generals than the ones used in the first example are used. In the third example the crossing point is on the real axis and output disturbance is considered.

Este trabalho apresenta uma estratégia de controle digital baseada em um algoritmo adaptativo por modelo de referência aplicável a uma classe de sistemas lineares contínuos, cujas dinâmicas não são completamente conhecidas, e que estão submetidas a erros de modelagem e perturbações externas. O algoritmo adaptativo empregado, que consiste basicamente em manter constantes os parâmetros do controlador digital por N períodos de amostragem, é desenvolvido a partir da teoria de estabilidade de Lyapunov. Espera-se que a planta controlada tenha um desempenho satisfatório para os casos de ausência ou de presença de erros de modelagem e perturbações externas, e que seja capaz de resolver o problema da perda instantânea de persistência uma vez que a atualização paramétrica integra os valores dessas variáveis de excitação em intervalos de tempo de largura N. A partir da proposta do algoritmo adaptativo, é efetuado um rigoroso estudo teórico da estabilidade e da robustez do sistema de controle, de forma a permitir a aplicação dos conceitos desenvolvidos a sistemas similares, emprestando-lhes dessa forma um caráter de generalidade. Para a convergência paramétrica é necessário requerer que o sinal de entrada de referência externa seja persistentemente excitante (ou suficientemente rico), o que conduz ao vetor regressor da planta controlada também persistentemente excitante. No intuito de ilustrar os resultados alcançados, são apresentadas simulações da planta controlada na ausência e na presença de erros de modelagem e perturbações externas.

Neste trabalho é tratado problema de rastreamento estável de uma trajetória de referência para um modelo de helicóptero de laboratório com 3 graus de liberdade. Duas abordagens são consideradas no problema de controle: a primeira consiste em um compensador PID e a segunda compreende um controlador baseado na aproximação de uma dada função não-linear do sistema. No primeiro caso, é apresentado o compensador PID com o intuito de ilustrar o procedimento de parte do projeto utilizado para o controlador adaptativo, além de servir de referência para avaliação de desempenho. No caso do controlador adaptativo, são propostas duas estratégias de controle: uma Rede Neural Artificial (RNA) e uma Rede Wavelet com Bias (RWB) com adaptação estrutural, ambas combinadas a um compensador PD. A lei de controle proposta é capaz de compensar distúrbios desconhecidos e limitados, bem como dinâmicas não-modeladas do tipo não-estruturadas do helicóptero. O segundo método de Lyapunov é usado na obtenção das leis de adaptação para os pesos da rede, os quais são atualizados em tempo real, e da estabilidade do sistema de controle, garantindo erros de rastreamento pequenos e sinais de controle limitados. A estratégia baseada em uma RNA necessita de um ajuste prévio do número de unidades na camada escondida, enquanto que usando a RWB essa restrição é eliminada por um algoritmo de adaptação da estrutura da rede. A prova de estabilidade do sistema de controle é apresentada e resultados realistas de simulação são discutidos.

Esta dissertação objetiva estudar a estabilidade de sistemas com controladores nebulosos. A característica de saída desta classe de controladores é não linear, sendo, portanto, necessário lançar mão de métodos para análise de estabilidade para sistemas não lineares.O critério de Popov é um método de análise de estabilidade para sistemas não lineares, de aplicação prática mais simples, por utilizar análise gráfica (interpretação geométrica), sendo o método utilizado neste trabalho.Neste trabalho, há o interesse de se aplicar esse critério a sistemas que utilizam controladores nebulosos com implicação Mamdani, por ser esta, a implicação mais importante conhecida na literatura.Para controladores nebulosos com uma entrada e uma saída, apresenta-se um método de análise para a obtenção do valor da inclinação máxima da característica não linear de saída, sem a necessidade, porém, de se gerar essa característica por completo.Para sistemas que possuem um controlador nebuloso com duas variáveis de entrada e uma variável de saída, resultando numa superfície, como característica não linear de saída. Utilizando manipulações matemáticas e gráficas, nas equações de estado do sistema a controlar, e na característica não linear de saída do CN, pode-se aplicar o critério de Popov a sistemas com esta configuração.

Devido à crescente demanda por energia elétrica na sociedade atual e o potencial congestionamento dos sistemas de transmissão, os aspectos de segurança no fornecimento de energia, de confiabilidade e da estabilidade dos sistemas elétricos de potência tornam-se cada vez mais prementes. Considerando o tamanho e complexidade crescentes e o seu uso em situações limites, os estudos e avaliações do SEP (Sistema Elétrico de Potência) demandam considerável poder computacional, além de utilização de modelos matemáticos para os diversos equipamentos que o compõe. Necessária, portanto, tanto a representação correta do SEP com as interligações (topologia da rede elétrica) de seus elementos constituintes, quanto a exatidão dos modelos matemáticos dos geradores, estabilizadores, compensadores, transformadores e linhas de transmissão, dentre outros equipamentos. A proposta deste trabalho é a definição de uma metodologia para análise e estudo do SEP que independa: dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da topologia da rede elétrica e dos equivalentes adotados para as redes externas (de outras empresas). A metodologia é uma abordagem Model-Free no sentido em que busca a partir das informações aquisitadas do processo elétrico, determinar o comportamento do SEP, de modo totalmente independente dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da sua topologia e da existência ou não de redes externas. A metodologia fornece informações quanto à instabilidade do SEP, ao identificar \"assinaturas\" caraterísticas da evolução de seu comportamento, seja em operação normal ou sob contingências, as quais podem ou não resultar em uma condição de instabilidade do mesmo. As assinaturas são identificadas ao se analisar o comportamento das tensões das barras do SEP, dentro de uma abordagem Fuzzy que classifica as barras coerentes em tensão. A dinâmica do estado operacional do SEP é, então, obtida à partir do comportamento desta classificação. / Due to the growing demand for electric power in today\'s society and the potential congestion of transmission systems, security aspects in power supply, reliability and stability of power systems are becoming more and more pressing. Considering the increasing size and complexity and its use in limit situations, the studies and evaluations of the EPS (Electrical Power System) require considerable computational power, as well as the use of mathematical models for the various equipment that compose it. Therefore, it is necessary the correct representation of the EPS with the interconnections (topology of the electrical network) of its constituent elements, as well as the accuracy of the mathematical models of generators, stabilizers, compensators, transformers and transmission lines, among other equipment. The purpose of this work is the definition of a methodology for the analysis and study of EPS, independent of: mathematical models of the equipment, previous knowledge of the topology of the electrical network and the equivalents adopted for the extern networks (of other companies). The methodology is a Model-Free approach in the sense that it searches from the acquired information of the electrical process, to determine the behavior of the EPS, totally independently of the mathematical models of the equipment, the previous knowledge of its topology and the existence or not of external networks. The methodology provides information on the instability of the EPS by identifying \"signatures\" characteristic of the evolution of its behavior, whether in normal operation or under contingencies, which may or may not result in a condition of instability of the same. The signatures are identified by analyzing the behavior of the EPS busbar voltages, within a Fuzzy approach that classifies the coherent buses into voltage. The dynamics of the operational state of the EPS is then obtained from the behavior of this classification.

Devido à crescente demanda por energia elétrica na sociedade atual e o potencial congestionamento dos sistemas de transmissão, os aspectos de segurança no fornecimento de energia, de confiabilidade e da estabilidade dos sistemas elétricos de potência tornam-se cada vez mais prementes. Considerando o tamanho e complexidade crescentes e o seu uso em situações limites, os estudos e avaliações do SEP (Sistema Elétrico de Potência) demandam considerável poder computacional, além de utilização de modelos matemáticos para os diversos equipamentos que o compõe. Necessária, portanto, tanto a representação correta do SEP com as interligações (topologia da rede elétrica) de seus elementos constituintes, quanto a exatidão dos modelos matemáticos dos geradores, estabilizadores, compensadores, transformadores e linhas de transmissão, dentre outros equipamentos. A proposta deste trabalho é a definição de uma metodologia para análise e estudo do SEP que independa: dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da topologia da rede elétrica e dos equivalentes adotados para as redes externas (de outras empresas). A metodologia é uma abordagem Model-Free no sentido em que busca a partir das informações aquisitadas do processo elétrico, determinar o comportamento do SEP, de modo totalmente independente dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da sua topologia e da existência ou não de redes externas. A metodologia fornece informações quanto à instabilidade do SEP, ao identificar \"assinaturas\" caraterísticas da evolução de seu comportamento, seja em operação normal ou sob contingências, as quais podem ou não resultar em uma condição de instabilidade do mesmo. As assinaturas são identificadas ao se analisar o comportamento das tensões das barras do SEP, dentro de uma abordagem Fuzzy que classifica as barras coerentes em tensão. A dinâmica do estado operacional do SEP é, então, obtida à partir do comportamento desta classificação. / Due to the growing demand for electric power in today\'s society and the potential congestion of transmission systems, security aspects in power supply, reliability and stability of power systems are becoming more and more pressing. Considering the increasing size and complexity and its use in limit situations, the studies and evaluations of the EPS (Electrical Power System) require considerable computational power, as well as the use of mathematical models for the various equipment that compose it. Therefore, it is necessary the correct representation of the EPS with the interconnections (topology of the electrical network) of its constituent elements, as well as the accuracy of the mathematical models of generators, stabilizers, compensators, transformers and transmission lines, among other equipment. The purpose of this work is the definition of a methodology for the analysis and study of EPS, independent of: mathematical models of the equipment, previous knowledge of the topology of the electrical network and the equivalents adopted for the extern networks (of other companies). The methodology is a Model-Free approach in the sense that it searches from the acquired information of the electrical process, to determine the behavior of the EPS, totally independently of the mathematical models of the equipment, the previous knowledge of its topology and the existence or not of external networks. The methodology provides information on the instability of the EPS by identifying \"signatures\" characteristic of the evolution of its behavior, whether in normal operation or under contingencies, which may or may not result in a condition of instability of the same. The signatures are identified by analyzing the behavior of the EPS busbar voltages, within a Fuzzy approach that classifies the coherent buses into voltage. The dynamics of the operational state of the EPS is then obtained from the behavior of this classification.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-03-01T18:23:03Z No. of bitstreams: 1 161824.pdf: 1546828 bytes, checksum: 954c0b8c0b3fed5ef0e19de319d1be5d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-01T18:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 161824.pdf: 1546828 bytes, checksum: 954c0b8c0b3fed5ef0e19de319d1be5d (MD5) Previous issue date: 1984-12 / CAPES / Foi construído um modelo matemático para o desempenho dinâmico de um plotter digital acionado por um motor passo a passo. Foi efetuada uma simulação digital utilizando o método Runge-Kutta. Foi investigada a influência da frequência de pulsos no comportamento dinâmico do sistema. Resultados teóricos foram comparados com medidas experimentais, sendo a concordância considerada satisfatória. A importância do torque e do amortecimento para uma operação confiável foi demonstrada. / A mathematical model was established for the dymanic performance of a digital plotter driven by a stepping motor. Digital simulation using the Runge-Kutta method was performed. The effect of pulse frequency on the dynamic behaviour of the system w.as investigated. Theoretical predictions were compared with experimental measurements, the agreement being found to be satisfactory. The importance of torque and damping for reliable operation was demonstraded.

Submitted by Algacilda Conceição (algacilda@sibi.ufrj.br) on 2018-03-15T16:52:02Z No. of bitstreams: 1 131560.pdf: 3141784 bytes, checksum: 8df4c5c2a8f3a0709f0f14ec78ea6152 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-15T16:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 131560.pdf: 3141784 bytes, checksum: 8df4c5c2a8f3a0709f0f14ec78ea6152 (MD5) Previous issue date: 1972-12 / O escopo principal deste trabalho está em dar uma contribuição para o estudo e análise da estabilidade de sistemas descritos por modelos da "Dinâmica Industrial". Para tanto, os modelos são colocados sob uma formulação matemática adequada à aplicação de resultados conhecidos sobre estabilidade; basicamente, o segundo método de Liapunov. Com base em tais resultados, juntamente com outras técnicas e a utilização do computador digital, procura-se fornecer as ferramentas necessárias para a análise de tais sistemas. Os dois primeiros capítulos estão reservados à formulação do problema e à apresentação das definições e resultados mais importantes sobre estabilidade. Os capítulos subsequentes tratam do problema da busca e determinação dos pontos de equilíbrio, da análise de sensibilidade desses pontos em relação à variação dos parâmetros do sistema e da maneira como foi abordado o problema da determinação de um domínio de estabilidade assintótica para o caso exemplo. / The main objective of this work is to give a contribution to the study and analysis of the stability of systems described by models for "Industrial Dynamics”. To this end, the models are placed under a mathematical formulation suitable for the application of known results about stability; specifically, the second method of Liapunov. Based on such results, with the use of other techniques and the digital computer, an attempt is made to furnish the necessary tools to analize such systems. The first two chapters cover the formulation of the problem, definitions and the most important results on stability. The following chapters consider search and determination of equilibrium points, analysis of sensitivity of these points with respect to changes of the system parameters, and the approach taken for the solution of the problem of determination of the domain of asymptotic stability. A specific example is treated in detail.

Nos dias atuais, há muitos casos em que sistemas de potência estão operando perto dos seus limites de estabilidade devido a restrições econômicas e leis ambientais. A estabilidade de tensão é uma matéria de muita pesquisa e interesse devido a que é considerado como uma das maiores ameaças na segurança dos sistemas. Uma prevenção exitosa de colapso do sistema baseia-se na precisão do método, a simplicidade dos índices, e muito baixo tempo de computação. Este trabalho apresenta uma rede Perceptron Multicamada (PMC) como proposta para monitoramento em tempo real da estabilidade de tensão de sistemas de potência usando como principais dados de entrada medidas obtidas do sistema SCADA. Os dados de treinamento são obtidos com cálculos de fluxo de potência continuado. A rede Perceptron Multicamadas é apresentada como um aproximador universal de funções, que diminui o tempo computacional dos métodos convencionais como o fluxo de potência continuado. Por fim, a topologia da rede PMC proposta é avaliada com o sistema de 30 barras do IEEE, e os resultados em relação ao tempo de computação e precisão são comparados com o método de fluxo de potência continuado. / Nowadays, many power systems are operating near their limits of stability due to economic restrictions and environmental laws. Voltage stability is a subject of great interest because it is considered one of the greatest threats for power systems security. The keys to preventing blackouts are the accuracy of the method, speed indication, and low computation time. This work presents a Multi-layer Perceptron (PMC) network as a proposal for real-time monitoring of voltage stability in power systems using input data obtained from the SCADA system. The training data are obtained by running Continuation Power Flow (CPF) routine. The multi-layer Perceptron network is presented as a universal approximator, reducing the computation time of conventional methods such as the Finally, the proposed PMC network is evaluated in the IEEE 30-bus system. Computation time and accuracy are compared with the continuation power flow method.