Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:21:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miranda_ConradoSilva_M.pdf: 11847342 bytes, checksum: 96a6b7a5caa8c1b41571795cc6e8164a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um controlador para um quadrirrotor cujos parâmetros são desconhecidos. Para o controle deste sistema, normalmente são utilizados controladores avançados que dependem de parâmetros do sistema ou controladores simples que necessitam de ajuste manual dos ganhos. O controlador desenvolvido possui baixa complexidade e é capaz de ajustar seus parâmetros automaticamente para minimizar uma função de custo durante o voo, sem necessitar de conhecimento de nenhum parâmetro do sistema. Entretanto, este controlador necessita dos estados do sistema, que não estão disponíveis diretamente. Portanto, uma análise da aplicação de métodos de filtragem para estimação destes estados é realizada, comparando-se diversos possíveis modelos estocásticos. Contudo, a filtragem necessita de sensores calibrados corretamente, o que levou à criação de novos algoritmos para calibração dos sensores utilizados. Os algoritmos desenvolvidos nestas três áreas representam passos na direção de criar quadrirrotores que operam em ambientes diversificados de modo robusto / Abstract: This work's objective is to develop a controller for a quadrotor with unknown parameters. For this system's control, usually advanced controllers that require knowledge of the system's parameters or simple controllers that require manual gain tunning are used. The controller developed has low complexity and is able to adjust its parameters automatically to minimize a cost function during flight, without requiring knowledge of any system's parameter. However, this controller requires the system's states, which aren't available directly. Hence an analysis of the use of filtering methods to estimate these states is conducted, comparing many possible stochastic models. Nonetheless, the filtering requires correctly calibrated sensors, which led to the creation of new algorithms for calibrating the sensors used. The algorithms developed in these three areas represent steps in the direction of creating quadrotors that operate in diverse environments in a robust way / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Andre Luiz Morelato França / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T19:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_MarceloStehlingde_M.pdf: 5494447 bytes, checksum: f072d9a7bca5ed6b2cd43fc05262a31f (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: o objetivo desta dissertação é investigar a viabilidade de se utilizar ambientes de computação distribuída para avaliar de forma on-line o nível de segurança dinâmica de sistemas elétricos de potência. No primeiro capítulo são apresentados alguns conceitos básicos sobre análise e determinação da segurança dinâmica em sistemas de energia elétrica bem como uma revisão bibliográfica de trabalhos e publicações relacionados com a área. No segundo capítulo é descrito o problema abordado bem como são apresentados os métodos de solução utilizados para efetuar a avaliação da segurança. A partir de uma lista de contingências dinâmicas, calcula-se a estabilidade transitória relativa a cada contingência usando-se simulação no domínio do tempo. Margens de estabilidade ou instabilidade são obtidas aplicando-se técnicas baseadas na teoria da função transitória da energia. o terceiro capítulo apresenta os ambientes computacionais distribuídos utilizados para avaliar o desempenho da implementação da análise on-line. O quarto capítulo descreve a implementação do método de análise on-line da estabilidade transitória em ambientes distribuídos utilizando o software PVM para gerenciar a comunicação e a coordenação dos processos entre as diversas máquinas do ambiente. No quinto capítulo são apresentados e comentados, para diversos ambientes distribuídos, os resultados de desempenho obtidos utilizando-se uma rede elétrica real Sul-Sudeste com 320 barras e 46 geradores. Os resultados mostram que é possível analisar de 100 a 200 contingências, na rede acima, usando modelo detalhado para geradores em cerca de 5 minutos. As conclusões contidas no sexto capítulo indicam que é viável a solução do problema usando sistemas homogêneos de computação distribuída, baseados na tecnologia RISC atual e softwares tipo PVM para gerenciar os processos / Abstract: In this thesis a network of several computers, working as a virtual parallel machine, is used to perform on-line power systems transient stability assessment based on time-domain simulation over a list of contingencies. The whole distributed computing system is operated and controlled by PVM (Parallel Virtual Machine) software. Performance test results are presented using a real-world power system database with 320 buses and 46 generators, showing that from 100 to 200 contingencies can be analyzed in about 5 minutes, depending on the distributed environment. From the implementation and test results, the following conclusions can be drawn: on-line transient stability assessment is feasible when implemented on homogeneous distributed computing environments and PVM package shows promise to control efficiently distributed environments / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T03:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_WilsonAparecidode_M.pdf: 547322 bytes, checksum: ef149ef455996cf448b79577cdb88728 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia completa para analise de observabilidade de sistemas de energia eletrica. A observabilidade da rede e determinada a partir do traco da matriz de covariancia das medidas estimadas, as variancias dos fluxos estimados permitem a identificacao das ilhas observaveis e a restauracao da observabilidade e realizada a partir das variancias das medidas estimadas. As variancias necessarias sao obtidas da matriz de ganho linearizada regularizada. Alem das medidas disponiveis, na formacao da matriz de ganho regularizada admite-se a existencia de pseudomedidas de angulo em todas as barras da rede. O estimador de estado linearizado regularizado e a metodologia de identificacao de ramos observaveis a partir das variancias dos fluxos estimados foram apresentados em [Almeida, Garcia e Asada, 2011]. As novas contribuicoes deste trabalho sao o mecanismo de verificacao da observabilidade, baseado no traco da matriz de covariancia das medidas estimadas, o mecanismo de restauracao da observabilidade, desenvolvido a partir da analise das variancias das medidas, e a inclusao de medicao fasorial sincronizada na formulacao matematica utilizada / Abstract: The purpose of this work is to present a complete methodology for observability analysis of electric power systems. The observability of the network is determined from the trace of the covariance matrix of the measurement estimate, the variance of the estimated power flow allow the identification of observable islands and the restoration of observability is performed from the variance of the measurement estimate. The variances required are obtained from the regularized linearized gain matrix. Besides the measurements available, in the formation of regularized gain matrix allows the existence of voltage angle pseudomeasurements on all buses of the network. The regularized least squares power system state estimation and the methodology of analysis of the variance of the estimated power flow is based in [Almeida, Garcia e Asada, 2011]. The new contributions of this work are the observability checking mechanism, based on the trace of the covariance matrix of the measurement estimate, the mechanism of restoration of observability, developed from the analysis of variance of the measurement and the inclusion of synchronized phasor measurement in the mathematical formulation utilized / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

O processo de estimação de estado em sistemas elétricos de potência está sujeito a três tipos de erros: erros nas medidas analógicas (erros grosseiros); erros devido a informações erradas quanto aos estados de chaves e/ou disjuntores (erros topológicos) e erros causados por informações erradas de algum parâmetro do sistema (erros de parâmetros). É drástico o efeito de erros de parâmetros, para o processo de estimação de estado, normalmente intolerável, sendo, entretanto, menos evidente que os erros grosseiros e topológicos. Aproveitando o fato de que certas medidas não sofrem mudanças significativas de valor, durante um determinado intervalo de tempo, propõe-se uma metodologia para estimação de estado e parâmetros de linhas de transmissão. Na metodologia proposta, que se baseia nas equações normais, o vetor de estado convencional é aumentado para a inclusão dos parâmetros a serem estimados. Este vetor de estado aumentado é então estimado através de uma grande quantidade de medidas, obtidas em diversas amostras, durante um intervalo de tempo em que as variáveis de estado do sistema não tenham sofrido alterações significativas de valor. Esta situação ocorre tipicamente à noite, fora dos horários de pico. Propõe-se também uma metodologia para análise de observabilidade para o estimador proposto. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE. / The process of power system state estimation is subjected to three types of errors: errors in analogical measurements (gross errors), incorrect information about the status of switching devices (topology errors) and incorrect information about the model of the systems equipment (parameter errors). The effects of parameter errors on the process of power system state estimation are drastic and less evident to detect than gross and topology errors. Taking advantage of the fact that a certain fraction of the measurements varies over a small range in a certain period of time, a methodology to estimative transmission line parameters and state based on normal equations has been proposed. In such methodology, which is based on normal equations, the traditional state vector is expanded to include the parameters to be estimated. This augmented state vector is estimated through a large collection of measurements, recorded within several snapshots of the power system, during which the actual system state varies over a small range. This situation typically occurs during the night off-peak periods. An observability analysis methodology is also proposed for the presented estimator. To prove the efficiency of the methodologies, several tests were made using the systems of 6, 14 and 30 buses from IEEE.

Este trabalho visa desenvolver um conjunto de técnicas com o intuito de determinar os vários parâmetros que compõem o modelo do motor de indução de gaiola, de forma a realizar o autocomissionamento desse motor para aplicações em sistemas de acionamento elétricos de campo orientado pelo método direto. Os procedimentos utilizados visam estabelecer e fornecer boa autonomia ao processo de autocomissionamento, objetivando o seu uso na melhoria do desempenho de sistemas de acionamento já em uso na indústria. A proposta mais significativa é a de eliminação do sensor de velocidade, tornando o autocomissionamento independente de transdutores eletromecânicos, através do uso de métodos estimação baseados na tecnologia de Sistema Ajustável pelo Modelo de Referência. Esse procedimento viabiliza um autocomissionamento sem uso de sensores externos acoplados ao eixo mecânico da máquina. Para evitar o uso de valores absolutos, o que tornaria o trabalho dirigido para aplicações genéricas, todas as equações significativas foram escalonadas, tornando-as próprias para uso específico em sistemas microprocessados, microcontrolados ou com processadores digitais de sinais. Diversos ensaios foram efetuados para a determinação dos principais parâmetros, utilizando-se o processador digital de sinais TMS320F240. Todos os procedimentos para a determinação experimental dos parâmetros foram simulados previamente, assim como a identificação da velocidade necessária para a determinação do momento de inércia do conjunto máquina e carga.

O interesse em identificação de sistemas e de parâmetros aplicado à área aeroespacial não é recente, mas continua vibrante, pois novos desafios são propostos. Na atualidade, procura-se investir na obtenção de resultados mais precisos e mais rápidos, preferencialmente em tempo real, para que haja uma interação entre engenharia e tripulação ainda durante o vôo. A proposta de estimar estados, antes de estimar parâmetros, é bastante conveniente, pois fornece uma base de dados consistente para a obtenção das estimativas paramétricas. A verificação da consistência de dados de ensaio através de modelos cinemáticos, antes que se passe para a fase de identificação de parâmetros, usando filtragem estocástica é bastante atrativa, pois o método comporta ruídos de processo e de medida. Ambos são típicos para a natureza do problema, mas acrescenta-se o fato de que suas propriedades estatísticas variam ao longo do tempo. Nesse trabalho propõe-se o uso da filtragem estocástica adaptativa para verificação da consistência de dados de ensaio em vôo e calibração simultânea dos dados do ar. O método proposto baseia-se nos procedimentos de ajuste de covariância, calculada através de filtros de Kalman executados em paralelo. A metodologia foi testada com dados sintéticos via simulações de Monte Carlo e com manobras de ensaio em vôo reais. Os resultados mostraram-se coerentes com os fenômenos, e mais precisos que os obtidos com filtragem não adaptativa, a um custo computacional baixo.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de métodos de filtragem e otimização aplicadas ao modelo de controle de infecções por HIV, incluindo implementação numérica computacional e avaliação dos resultados com dados reais. Os modelos utilizados contemplam a presença de incertezas paramétricas e ruídos exógenos estocásticos. É utilizado o Filtro de Kalman Estendido para se estimar o estado, necessário para realizar a versão malha fechada do Controle Ótimo. Avaliação comparativa dos métodos implementados são feitas à luz de critérios estabelecidos a priori, incluindo esquemas de tratamentos medicamentosos preconizados pela Organização Mundial de Saúde (OMS).

O filtro de Kalman ée uma ferramenta que tem sido o assunto de várias pesquisas e aplicações, particularmente na área de navegação. Isto se deve basicamente a relativa simplicidade e robustez natural do filtro. Será apresentada neste trabalho análise da aplicação do filtro de Kalman à detecção e rastreamento de alvos móveis. O cenário do trabalho ée composto pelo controle de tráfego aéreo que recebe informações em solo de diferentes tipos de aeronaves via datalink. Será estudada a detecção de duas aeronaves no momento do seu cruzamento. Inicialmente será apresentado o estudo da modelagem de uma aeronave, a simulação da dinâmica látero direcional e as equações da trajetória para um e dois alvos. Em seguinda, será utilizado o filtro de Kalman para rastreio e detecção dos alvos, que é, basicamente, um conjunto de equações matemáticas que implementam um algoritmo corretor/preditor. Foi observado como o erro entre a trajetória real e a estimada ée influenciado pela variação de diversos parâmetros. ÉE feita a análise de sensibilidade em relação aos seguintes parâmetros: covariância do processo, covariância do ruído da medida, taxa de atualização do filtro, velocidade das aeronaves, tempo de perda dos sensores e mudança na manobra. Desde que sejam respeitados os limites de operação dos parâmetros citados anteriormente, os bons resultados qualificam o filtro de Kalman como uma potencial ferramenta para rastreamento e detecção de duas aeronaves no momento de cruzamento.

O problema de rastreio de aviões ágeis, sob altas acelerações, utilizando-se de filtros recursivos de estimação, necessita de modelos suficientemente sofisticados para a determinação de trajetórias com precisão desejável. Como conseqüência, surge a complexidade do algoritmo de estimação, que suscita métodos mais elaborados e com maior demanda de recursos computacionais, tanto para o tratamento de não linearidades do modelo quanto para a manipulação de um número maior de variáveis de estado que o caracterizam. Os modelos bidimensionais considerados para o rastreio de aviões civis em sistemas de controle de tráfego aéreo mostram-se insuficientes para o tratamento de manobras tridimensionais com consideráveis variações de altitude. Os modelos tridimensionais de curva constante, de curva plana variável e de curva coordenada possuem degradação de desempenho para alvos que perfazem curvas não planas e com razão de curva variável. O modelo de dinâmica de vôo de corpo rígido, para três dimensões, é relativamente complexo para constituir a base de um filtro de estimação prático e requer a observação da atitude do alvo, de forma colaborativa ou por imageamento, além de algum conhecimento a priori de parâmetros aerodinâmicos. O presente trabalho resolve as limitações dos modelos constantes da literatura utilizando um modelo de dinâmica de vôo de um ponto de massa que leva em conta características aerodinâmicas típicas para o movimento longitudinal. Este tratamento fornece um modelo dinâmico com um nível de detalhamento capaz de representar bem as manobras arrojadas, sem torná-lo complexo o suficiente para inviabilizar a realização do filtro. Este modelo é utilizado para o desenvolvimento de um filtro de estimação não linear, baseado no filtro de Kalman-Bucy estendido (EKBF). O filtro leva em conta a equação de estado em tempo contínuo e a equação de medida em tempo discreto, uma vez que a dinâmica de alvos ágeis é muito bem descrita em tempo contínuo, enquanto que a trajetória observada pelo sensor é essencialmente digital. Duas extensões deste filtro são estudadas: (i) o uso de termos de segunda ordem na aproximação do modelo conforme a teoria de Daum; e (ii) o emprego de uma rede neural acoplada ao filtro, treinada iterativamente, para a compensação de erros de modelagem e de cálculos das estimativas (NEKBF). As avaliações de desempenho qualitativa e quantitativa do modelo proposto, bem como das duas variações, é feita por meio de métodos sistemáticos de aferição de não linearidades, efeitos de bias, precisão e robustez. Conclui-se que o filtro proposto é suficientemente preciso para ser aplicado em sistemas de defesa e, com as extensões propostas, apresenta a robustez adequada para o rastreio de alvos em combate.

Owing to the need for the satisfaction of attributes such as safety, maintainability, and reliability in modern critical engineering devices, the design of automatic feedback control systems has increasingly demanding fault-tolerant methods. In particular, if the system states cannot directly be measured by the available suite of sensors, a fault-tolerant state estimation method turns out to be of paramount importance for achieving fault tolerance. In this context, the present thesis formulates a fault-tolerant state estimation (FTSE) problem consisting of a joint state and fault estimation of linear systems subject to additive faults. The system is described by a discrete-time linear Gaussian state-space model, where the fault appears as unknown inputs affecting both the state and measurement equations. The sequence of fault inputs is assumed to be parameterizable by three fault parameters: the fault magnitude, the fault instant, and the fault mode index. Moreover, these parameters are treated as unknown realizations of random variables (RV) that are defined so as to account for prior knowledge about possible faults. For tackling the above FTSE problem, the present work introduces a fault-tolerant two-stage (FTTS) filtering approach, from which three different FTTS filters are derived by considering three plausible alternative characterizations of the fault magnitude RV. On the basis of computational simulations, one of the FTTS filters is illustrated on a fault-tolerant model predictive control (MPC) scheme for satellite attitude control.