O presente trabalho investiga a obtenção dos parâmetros elétricos e mecânicos de um motor de indução trifásico com rotor em gaiola, através da análise da potência reativa e das condições de transitório de partida. Através de análise teórica do motor operando em regime, obtém-se um conjunto de relações, que envolve o valor da potência reativa num determinado estado de operação e os parâmetros elétricos do motor. Baseado nestas relações, é definido um funcional quadrático envolvendo valores da potência reativa, obtidos para diversos pontos de operação. Um algoritmo de minimização fornece os parâmetros procurados. A realização de ensaios de partida, e aquisição de variáveis durante o transitório possibilita a determinação dos parâmetros mecânicos do motor pela utilização de um método dos mínimos quadrados recursivo. Para a execução destes métodos, foi implementado hardware e investigado um algoritmo, que permitem aquisições digitais e automatizadas das tensões e correntes de fase e também da velocidade do motor. Os procedimentos de validação do método, bem como dos parâmetros obtidos são baseados em comparações do comportamento real e simulado relativos a um ensaio de partida do motor. Neste tópico foram também discutidos a influência do efeito Pelicular sob determinados parâmetros. / This work investigates the obtention of the electrical and mechanical parameters of a squirrel-cage induction motor. Two methods of identification are studied: The reactive power method is used to determine the electrical parameters and one method of acceleration on a start-up test to find the mechanical ones. The method of reactive power is developed through the analisys of machine steady state operation. In this analisys, a realtionship among the electrical parameters and the reactive power is obtained. A minimization algorithm is used to determine the parameters based on this relationship. The acceleration method uses an aquisition of the transient variables, which are used in a recursive least square method furnishing the mechanical parameters. Both of the methods are implemented on a special hardware and software system, composed with sensors and A/D boards that make a digital aquisition of voltage, current and speed values. The validation procedures for the method and parameters are based on comparisons between the real and simulated evaluation of the dynamical behavior of the motor in a start up test. Here, it was also dicussed the Skin-effect influence over some of the motor parameters.

O presente trabalho investiga a obtenção dos parâmetros elétricos e mecânicos de um motor de indução trifásico com rotor em gaiola, através da análise da potência reativa e das condições de transitório de partida. Através de análise teórica do motor operando em regime, obtém-se um conjunto de relações, que envolve o valor da potência reativa num determinado estado de operação e os parâmetros elétricos do motor. Baseado nestas relações, é definido um funcional quadrático envolvendo valores da potência reativa, obtidos para diversos pontos de operação. Um algoritmo de minimização fornece os parâmetros procurados. A realização de ensaios de partida, e aquisição de variáveis durante o transitório possibilita a determinação dos parâmetros mecânicos do motor pela utilização de um método dos mínimos quadrados recursivo. Para a execução destes métodos, foi implementado hardware e investigado um algoritmo, que permitem aquisições digitais e automatizadas das tensões e correntes de fase e também da velocidade do motor. Os procedimentos de validação do método, bem como dos parâmetros obtidos são baseados em comparações do comportamento real e simulado relativos a um ensaio de partida do motor. Neste tópico foram também discutidos a influência do efeito Pelicular sob determinados parâmetros. / This work investigates the obtention of the electrical and mechanical parameters of a squirrel-cage induction motor. Two methods of identification are studied: The reactive power method is used to determine the electrical parameters and one method of acceleration on a start-up test to find the mechanical ones. The method of reactive power is developed through the analisys of machine steady state operation. In this analisys, a realtionship among the electrical parameters and the reactive power is obtained. A minimization algorithm is used to determine the parameters based on this relationship. The acceleration method uses an aquisition of the transient variables, which are used in a recursive least square method furnishing the mechanical parameters. Both of the methods are implemented on a special hardware and software system, composed with sensors and A/D boards that make a digital aquisition of voltage, current and speed values. The validation procedures for the method and parameters are based on comparisons between the real and simulated evaluation of the dynamical behavior of the motor in a start up test. Here, it was also dicussed the Skin-effect influence over some of the motor parameters.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Henrique Couto.pdf: 1926472 bytes, checksum: 2b4464d74812fd9a1dc1cf69975b8f1f (MD5) Previous issue date: 2013-12-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / When the three phase induction motor is vector-controlled driven, is considered the mathematical model as a set of linear equations, so that the control is more effective only over an operation point. However, when changing that point, control can pass to not respond properly, causing unwanted errors of speed, position or even instability. Such behavior are due to mismatch of the real behavior of the motor, which is non-linear and time-varying system, and the mathematical model used in the project. Thus, parametric identification techniques allow the motor parameters to be determined online, tracking its time variation. The focus of the thesis is to present a general background of the subject and show the results obtained using techniques of parametric identification, more specifically exploring the least squares method to fit the parameters of the motor in closed loop. / Quando o motor de indução trifásico é acionado em malha de controle vetorial, é considerado o modelo matemático como um conjunto de equações lineares, por isso o controle é mais efetivo somente sobre este ponto de operação. Entretanto, quando se muda esse ponto, o controle pode passar a não responder mais adequadamente, causando erros indesejáveis de velocidade, posição e até mesmo a instabilidade. Tais fatos ocorrem devido à descasamentos entre o comportamento real do motor, que é não linear e variante no tempo, e o modelo matemático utilizado para o projeto. Dentro de tal contexto, as técnicas de identificação paramétrica permitem que os parâmetros do motor sejam determinados de forma online, monitorando sua variação no tempo. O foco principal deste trabalho é apresentar um cenário geral do assunto e mostrar os resultados obtidos usando as técnicas de identificação paramétrica, mais especificamente explorando o método dos mínimos quadrados para ajustar os parâmetros do motor em malha fechada

This work presents an algorithm able to identify all electrical parameters of three phase induction motor, with discrete realization, using a fixe-point digital signal processor based platform. Some techniques presents in the literature are analyzed for comparison and validation with proposed algorithm. Initially, an historical review about the main parameter identification algorithms is accomplished and then, is obtained the models for an induction motor. From the machine model, two parameters identification algorithms are designed: a classical RLS identification, which is widely used in literature and a robust model reference adaptive controller, objecting to ponder the unmodeled dynamics. In the development of this work are displayed simulation results using the Matlab® software, real-time simulation in DSP platform, and finally, experimental results. After this results analysis, it is possible to determinate which of results these identification techniques better represent the behavior of three phase induction motor analyzed. / Neste trabalho é desenvolvido um algoritmo capaz de identificar todos os parâmetros elétricos de um motor de indução trifásico, com realização discreta no tempo, utilizando plataforma com base em um processador digital de sinais de pontofixo. Algumas técnicas existentes na literatura são analisadas para fins de comparação e validação do algoritmo proposto. Inicialmente, faz-se uma revisão bibliográfica de algumas técnicas de identificação de parâmetros disponíveis na literatura e em seguida são obtidos os modelos do motor de indução trifásico. A partir do modelo da máquina foram projetados dois algoritmos de identificação: um identificador já conhecido na literatura do tipo mínimos quadrados recursivo (RLS) e, com o objetivo de mitigar a influência das dinâmicas não modeladas, um controlador adaptativo robusto por modelo de referência (RMRAC) é utilizado na identificação. No desenvolvimento deste trabalho, resultados de simulações utilizando o software Matlab®, simulações em tempo-real em plataforma DSP, e por fim, resultados experimentais são apresentados. A partir da análise dos resultados parte-se para a avaliação para determinar qual identificador resulta em parâmetros que melhor representa o comportamento dinâmico do motor de indução trifásico ensaiado.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-04-24T22:20:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaBaseadaSistema.pdf: 3157869 bytes, checksum: 55c39d3112e68ac91f756b8079139905 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-04-29T15:03:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaBaseadaSistema.pdf: 3157869 bytes, checksum: 55c39d3112e68ac91f756b8079139905 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-29T15:03:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaBaseadaSistema.pdf: 3157869 bytes, checksum: 55c39d3112e68ac91f756b8079139905 (MD5) Previous issue date: 2013 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Desde a incorporação da automação no processo produtivo, a busca por sistemas mais eficientes, objetivando o aumento da produtividade e da qualidade dos produtos e serviços, direcionou os estudos para o planejamento de estratégias que permitissem o monitoramento de sistemas com o intuito principal de torna-los mais autônomos e robustos. Por esse motivo, as pesquisas envolvendo o diagnóstico de faltas em sistemas industriais tornaram-se mais intensivas, visto a necessidade da incorporação de técnicas para monitoramente detalhado de sistemas. Tais técnicas permitem a verificação de perturbações, falta ou mesmo falhas. Em vista disso, essa trabalho investiga técnicas de detecção e diagnostico de faltas e sua aplicação em motores de indução trifásicos, delimitando o seu estudo em duas situações: sistemas livre de faltas, e sobre atuação da falta incipiente do tipo curto-circuitoparcial nas espiras do enrolamento do estator. Para a detecção de faltas, utilizou-se analise paramétrica dos parâmetros de um modelo de tempo discreto, de primeira ordem, na estrutura autoregressivo com entradas exógenas (ARX). Os parâmetros do modelo ARX, que trazem informação sobre a dinâmica dominante do sistema, são obtidos recursivamente pela técnica dos mínimos quadrados recursivos (MQR). Para avaliação da falta, foi desenvolvido um sistema de inferência fuzzy (SIF) intervala do tipo-2, cuja mancha de incerteza ou footprint of uncertainty (FOU), características de sistema fuzzy tipo-2, é ideal como forma de representar ruídos inerentes a sistemas reais e erros numéricos provenientes do processo de estimação paramétrica. Os parâmetros do modelo ARX são entradas para o SIF. Algoritmos genéricos (AG’s) foram utilizados para otimização dos SIF intervalares tipo-2, objetivando reduzir o erro de diagnóstico da falta identificada na saída desses sistemas. Os resultados obtidos em teste de simulação computacional demonstram a efetividade da metodologia proposta. / Since the incorporation of automation in the production processes, aiming at order to improve productivity and quality of products and services, researches on more efficient methodologies for fault diagnosis became more intensive. Such techniques allow the early detection of faults, before then lead to failures. This work investigates techniques for detection and diagnosis of faults and its application to induction motors, limiting their study to two situations, namely: system free of faults and system under incipient partial short-circuit in the coils the stator winding. For faults detection, parametric analysis of fist order ARX (autoregressive with exogenous input) were applied. The parameters of identified ARX modes, which bring information about the dynamics of the dominant system, are recursively obtained by the techniques of recursive least squares (RLS). In order to evaluate the capability for early fault detection, a type-2 interval fuzzy system was developed. This kind of fuzzy system has capability to capture a larger set of uncertainties than conventional (type-1) fuzzy systems. The footprint of uncertainty (FOU), characteristic of type-2 fuzzy system, is a way to accounts for uncertainties coming from noise and numerical errors from the process of parameter estimation. The ARX model parameters are the inputs to the supervisor system. Genetic algorithms (GA’s) were used for optimization of SIF interval type-2, aiming at to reduce the diagnostic error. The results obtained in tests of computer simulation show the effectiveness of the proposed methodology.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paulo Cesar da Silva.pdf: 5331875 bytes, checksum: adf5bf8880e8e89421a2fd553c966530 (MD5) Previous issue date: 2015-07-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The electrical parameters of three-phase induction motors vary according to their operating point, with the temperature and also with the natural machine degradation. Since the design regulators are typically performed based on linear and simplified equations of the machine, the parametric variation can cause unwanted responses, since the motor behavior is non-linear and time variant. Thus, it is proposed in this work carry the identification of the electrical parameters of the induction motor using the estimator called Least Squares Recursive (RLS). Thus, with the parametric data updated every sampling period can be recalculated in real time the gains of the regulators are designed for controlling the induction machine and make minor mismatches. The experimental results were obtained with the processing performed by dSPACE hardware (DS1103), which has an interface with Matlab/Simulink, facilitating the use by the user and reducing the time taken for testing bench. The results of numerical and practical simulations show a comparison between the mesh proposal, the parametric identification and update of the gains of the controllers (adaptive control) and the mesh with controllers with fixed gains. / Os parâmetros elétricos do motor de indução trifásico variam conforme o seu ponto de operação, com a temperatura e também com a degradação natural da máquina. Visto que o projeto de reguladores são tipicamente realizados com base em equações lineares e simplicadas da máquina, a variação paramétrica pode causar respostas indesejadas, pois o comportamento do motor é não-linear e variante no tempo. Desta forma propõe-se neste trabalho realizar a identificação dos parâmetros elétricos do motor de indução, utilizando o estimador denominado de Mínimos Quadrados Recursivos (MQR). Assim, com os dados paramétricos atualizados a cada período de amostragem, pode-se recalcular em tempo real, os ganhos dos reguladores que são projetados para o controle da máquina de indução e tornar os descasamentos menores. Os resultados experimentais foram obtidos com o processamento realizado pelo hardware dSPACE (DS1103), que possui uma interface com o Matlab/Simulink, facilitando a utilização por parte do usuário e reduzindo o tempo dispendido para os testes em bancada. Os resultados de simulações numéricas e práticos apresentam uma comparação entre a malha proposta, com a identificação paramétrica e atualiza ção dos ganhos dos controladores (controle adaptativo) e a malha com controladores com ganhos fixos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present thesis it is proposed and evaluated, both numerically and experimentally, an inverse procedure for the indirect determination of axial loads applied to submersed pipe-like structures, based on their dynamic responses. The investigation is motivated by the existence of practical problems encountered in the oil industry. An experimental bench has been designed and built, consisting in a reservoir inside which a tubular stainless steel beam has been mounted and tested. Special fixtures have been designed in such a way to enable to apply controlled axial loads and represent different types of boundary conditions. In parallel, computational routines have been developed for the two-dimensional modeling of the structure accounting for the effects of axial loads, flexible supports and fluid-structure interaction, based on the finite element approach. Having in mind the difficulties which are expected to be encountered when the methodology be applied in real conditions, some special dynamic test procedures have been considered, including Operational Modal Analysis (OMA), which enables to identify modal parameters from output-only measurements. Numerous scenarios have been considered using either numerically simulated or experimentally measured responses. As for the resolution of the inverse problem, two strategies have been investigated: the first consists in the deterministic resolution of a constrained optimization problem based on evolutionary algorithms, and the second, which enables to account for the presence of uncertainties in the experimental data, is a stochastic approach based on Bayesian inference, combined with Markov chains and Metropolis-Hastings algorithm. The results obtained confirm the operational feasibility and satisfactory accuracy provided by the suggested identification approaches. / Na presente tese de doutorado é proposto e avaliado numérica e experimentalmente um procedimento inverso para determinação indireta de carregamentos axiais aplicados a estruturas tubulares submersas a partir de suas respostas dinâmicas. A investigação é motivada pela existência de problemas práticos evidenciados pelo setor de tecnologia submarina da indústria petrolífera. Nesta proposta, as cargas axiais, que na prática não podem ser medidas diretamente, são identificadas através da resolução de um problema inverso, formulado como um problema de otimização, a partir das respostas dinâmicas da estrutura. Uma bancada experimental foi projetada e construída, composta de um reservatório dentro do qual foi ensaiado um tubo metálico de seção circular. Mecanismos de fixação e aplicação de carga à estrutura foram especialmente projetados de modo a permitir consideração de dois tipos diferentes de condição de contorno. Paralelamente, rotinas computacionais foram desenvolvidas para a modelagem numérica bidimensional da estrutura incluindo os efeitos de interação fluido-estrutura e das cargas axiais, com base no Método de Elementos Finitos. Tendo em vista o objetivo da aplicação da metodologia proposta em situações práticas, as quais envolvem dificuldades de execução de ensaios em ambientes submarinos, foram investigados procedimentos de ensaios dinâmicos especialmente adaptados a estas condições. Com este intuito, foi analisado o emprego da técnica de análise modal experimental denominada OMA (Operational Modal Analysis), que permite obter os parâmetros modais sem conhecimento das forças de excitação da estrutura. Numerosos cenários de identificação foram estudados utilizando tanto respostas dinâmicas simuladas numericamente, quanto respostas medidas experimentalmente. Visando considerar a influência de incertezas nos dados experimentais, o problema de identificação da carga axial também foi tratado utilizando uma abordagem estocástica, com base em inferência bayesiana, a partir da simulação de cadeias de Markov, associada ao algoritmo Metropolis-Hastings. Os resultados obtidos atestam a viabilidade operacional e a precisão satisfatória do procedimento de identificação proposto. / Doutor em Engenharia Mecânica