O problema de modos intra-planta em sistemas de potência é caracterizado pela oscilação dos geradores de uma mesma usina uns contra os outros. Estes modos são geralmente bem amortecidos, mas uma sintonia inadequada dos parâmetros dos PSSs (Power System Stabilizers), visando fornecer um amortecimento aos modos locais, por exemplo, pode reduzir o amortecimento dos modos intra-planta. Esta possibilidade pode ser evitada por uma sintonia cuidadosa dos estabilizadores, em um modelo que seja capaz de representar os modos intra-planta. Este processo de sintonia pode ser tedioso e demorado, exigindo muitas horas de trabalho de um especialista. Neste trabalho, apresentamos um algoritmo computacional capaz de realizar esse processo, com uma intervenção mínima do projetista (reduzindo, portanto, o esforço do engenheiro projetista na sintonia do PSS e deixando que o computador faça de maneira eficiente) e aplicamos este algoritmo para encontrar uma sintonia adequada de PSSs para o amortecimento dos modos local e intra-planta coexistentes no mesmo sistema. Como mostrado neste trabalho, o algoritmo é capaz de sintonizar os PSSs para varias condições de operação de uma só vez, o que pode também resultar em uma melhor sintonia quando comparado com abordagens seqüenciais de projeto. / The problem of intra-plant modes is characterized by the oscillation of the machines within a power station against each other. These modes are usually well-damped, but improper settings for the parameters for power system stabilizers (PSSs), aiming at enhancing the damping of local modes, for example, can reduce the damping of the intra-plant modes. This possibility must be avoided by a careful tuning of the stabilizers, over a model that is able to represent the intra-plant modes. This tuning process may be involved and time-consuming, requiring many hours of work from a specialist. In this paper, we present a computerized algorithm that is capable of performing this process with minimum intervention of the human designer (therefore alleviating the burden of PSS tuning for the engineer and placing most of it on the computer) and apply it to find a PSS tuning to damp both local and intra-plant modes of the same plant. As shown in the paper, the algorithm is capable of tuning PSSs for several operating conditions at once, which may also result in better tuning when compared to sequential approaches.

Este trabalho apresenta um método sistemático para projeto de controladores suplementares para um tipo de dispositivo FACTS (o modelo TCSC) para o amortecimento de oscilações em sistemas elétricos de potência. Adota-se uma metodologia previamente desenvolvida para projeto de apenas controladores de tipo PSS. Tal metodologia é fundamentada na teoria de controle robusto e estruturada na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs). A modelagem politópica é utilizada para tratar a robustez dos controladores frente às variações no ponto de operação do sistema. O fator de amortecimento mínimo para os modos de resposta do sistema em malha fechada é especificado como índice de desempenho mínimo a ser satisfeito na fase de projeto. Os controladores propostos possuem uma estrutura de realimentação dinâmica de saída e utilizam sinais medidos localmente como entrada de controle. O projeto dos controladores propostos é realizado de duas maneiras diferentes: (i) projeto simultâneo e coordenado de controladores de tipo PSS e controlador suplementar de dispositivo TCSC para amortecimento tanto de modos locais, quanto de modos inter-área e; (ii) projeto de controlador suplementar para apenas um dispositivo TCSC operando no sistema com a finalidade de amortecer modos inter-área pouco amortecidos e instáveis. No primeiro caso, a descentralização dos controladores é garantida através da imposição de uma estrutura bloco-diagonal para as variáveis matriciais presentes na formulação do problema de controle. No segundo caso, este trabalho propõe uma extensão da metodologia de projeto utilizada no caso anterior ao combiná-la com uma técnica de redução da ordem de modelo do controlador. A análise de desempenho dos controladores em malha fechada é realizada através de análise modal e simulações não-lineares em dois sistemas testes. O primeiro deles é constituído por 10 barras e 4 geradores e o segundo sistema teste apresenta 40 barras e 10 geradores. / This work proposes a systematic method for the design of supplementary controllers for a type of FACTS device (the TCSC device model) to damp oscillations in electric power systems. It is adopted a technique previously presented to design only PSS-type damping controllers. The method is based on a robust control technique structured in the form of linear matrix inequalities (LMIs). The polytopic model is used to guarantee the robustness of the controllers with respect to the variations in the operating points of the system. The minimum damping ratio is used in the design stage as performance index for the closed loop system. The proposed controllers are based on dynamic output feedback and uses only local measurements as input signals. The design of the proposed controllers is realized in two different cases: (i) a simultaneous coordinated design of PSS-type controllers and TCSC supplementary controller to damp both local and interarea oscillations and; (ii) design of a supplementary controller for a FACTS device only to damp poorly damped and unstable inter-area oscillations. In the first case, a decentralized structure of the controllers is guaranteed by adoption of a block-diagonal strutucture to the matricial variables of the control problem. In the second case, this work proposes a extension of the previously methodology by combining it with a model order reduction technique. Performance analyses of the closed loop system were carried out by means of modal analysis and nonlinear simulations in two test systems. The first one is constituted by 10 buses and 4 generators and the other test system is constituted by 40 buses and 10 generators.

Submitted by Kamila Costa (kamilavasconceloscosta@gmail.com) on 2015-06-15T20:50:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Adriano B dos S Frutuoso.pdf: 1799620 bytes, checksum: acda5b957dcaee1690413438f4a99e8e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-16T14:58:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Adriano B dos S Frutuoso.pdf: 1799620 bytes, checksum: acda5b957dcaee1690413438f4a99e8e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-16T15:00:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Adriano B dos S Frutuoso.pdf: 1799620 bytes, checksum: acda5b957dcaee1690413438f4a99e8e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-16T15:00:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Adriano B dos S Frutuoso.pdf: 1799620 bytes, checksum: acda5b957dcaee1690413438f4a99e8e (MD5) Previous issue date: 2015-02-02 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / This work approaches the angles stability control of a quadrotor. The vehicle parts (mechanical structure and electronic devices), dynamic modeling, controllers design methodology and the experimental results are also presented. Attitude controllers were designed using a PD/H2 discrete control structure, which the gain of H2 part was performed by solving a convex optimization problem, described in linear matrix inequalities form. The experiments indicates that angles dynamic responses can be changed by setting the gain of H2, without modifying the gains of the proportional-derivative part. The results of PD/H2 controllers were compared with a PD controller, in order to evaluate the overshoot and settling time. / Neste trabalho é abordado o controle de estabilidade dos ângulos de atitude de um MAV (Micro Aerial Vehicle) do tipo quadrirrotor. São apresentadas as partes constituintes do veículo (estrutura mecânica e dispositivos eletrônicos), a modelagem dinâmica dos ângulos de atitude, a metodologia de projeto dos controladores de atitude e os resultados experimentais. Em relação ao projeto dos controladores de atitude, estes foram projetados usando estrutura de controle discreta combinada PD/H2, cuja sintonia do controlador H2 por realimentação de estados foi realizada a partir da resolução de um problema de otimização convexo descrito na forma de desigualdades matriciais lineares. Os experimentos mostraram que as respostas dinâmicas dos ângulos de atitude poderiam ser alteradas com o ajuste dos controladores H2, sem modificar os ganhos da parte proporcional-derivativa. Os resultados obtidos para os controladores PD/H2 foram comparados com os controladores PD, de modo a avaliar os seus desempenhos com relação a tempo de acomodação e overshoot.

Orientador: Edvaldo Assunção / Resumo: Este trabalho aborda o controle via realimentação estática de saída aplicado à sistemas lineares com parâmetro variante (LPV) e lineares incertos invariantes no tempo (LIT). O projeto de ganhos de realimentação estática de saída apresentado neste trabalho é baseado no método dos dois estágios, o qual consiste em primeiramente obter um ganho de realimentação de estados, e então, utilizar esta informação no segundo estágio para obter-se o ganho de realimentação estática de saída desejado. As soluções para os problemas investigados são apresentadas na forma de desigualdades matriciais lineares (no inglês, linear matrix inequalities, LMIs), obtidas por meio da aplicação do Lema de Finsler. Baseado em resultados anteriores encontrados na literatura, este trabalho propõe uma estratégia de relaxação de forma a obter um método menos conservador para obtenção de ganhos robustos de realimentação estática de saída para sistemas incertos LTI. Na estratégia proposta, as variáveis adicionais do Lema de Finsler são consideradas como dependentes de parâmetro, juntamente com o uso de funções de Lyapunov dependentes de parâmetro (no inglês, parameter-dependent Lyapunov functions, PDLFs). É apresentado um estudo avaliando a eficácia da estratégia proposta em fornecer uma maior região de factibilidade para um dado problema. Os resultados foram utilizados em uma comparação com um método de relaxação baseado apenas no uso de PDLFs. Uma segunda contribuição deste trabalho consiste na proposta de um... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The static output feedback (SOF) control applied to linear parameter-varying (LPV) and uncertain linear time-invariant (LTI) systems are addressed in this work. The approach chosen for the design of SOF gains is based on the two-stage method, which consists in obtaining a state feedback gain at first, and then using that information for deriving the desired SOF gain at the second stage. The solutions for the investigated problems are presented in terms of linear matrix inequalities (LMIs), obtained by means of the application of the Finsler's Lemma. Based on previous papers found in literature, this work proposes a relaxation strategy in order to achieve a less conservative method for obtaining robust SOF gains for uncertain LTI systems. In the proposed strategy, the Finsler's Lemma additional variables are considered to be parameter-dependent along with the use of parameter-dependent Lyapunov functions (PDLFs). A study evaluating the effectiveness of the proposed strategy in providing a larger feasibility region for a given problem is presented. The results were used in a comparison with a relaxation method based only on PDLFs. Another contribution of this work lies in the proposal of a solution for the control of LPV systems via the design of a gain-scheduled SOF controller. The methods proposed for both control problems were applied on the design of controllers for an active suspension system. In the experiments, it was assumed that only one of its four system's states wer... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho apresenta um método sistemático para projeto de controladores suplementares para um tipo de dispositivo FACTS (o modelo TCSC) para o amortecimento de oscilações em sistemas elétricos de potência. Adota-se uma metodologia previamente desenvolvida para projeto de apenas controladores de tipo PSS. Tal metodologia é fundamentada na teoria de controle robusto e estruturada na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs). A modelagem politópica é utilizada para tratar a robustez dos controladores frente às variações no ponto de operação do sistema. O fator de amortecimento mínimo para os modos de resposta do sistema em malha fechada é especificado como índice de desempenho mínimo a ser satisfeito na fase de projeto. Os controladores propostos possuem uma estrutura de realimentação dinâmica de saída e utilizam sinais medidos localmente como entrada de controle. O projeto dos controladores propostos é realizado de duas maneiras diferentes: (i) projeto simultâneo e coordenado de controladores de tipo PSS e controlador suplementar de dispositivo TCSC para amortecimento tanto de modos locais, quanto de modos inter-área e; (ii) projeto de controlador suplementar para apenas um dispositivo TCSC operando no sistema com a finalidade de amortecer modos inter-área pouco amortecidos e instáveis. No primeiro caso, a descentralização dos controladores é garantida através da imposição de uma estrutura bloco-diagonal para as variáveis matriciais presentes na formulação do problema de controle. No segundo caso, este trabalho propõe uma extensão da metodologia de projeto utilizada no caso anterior ao combiná-la com uma técnica de redução da ordem de modelo do controlador. A análise de desempenho dos controladores em malha fechada é realizada através de análise modal e simulações não-lineares em dois sistemas testes. O primeiro deles é constituído por 10 barras e 4 geradores e o segundo sistema teste apresenta 40 barras e 10 geradores. / This work proposes a systematic method for the design of supplementary controllers for a type of FACTS device (the TCSC device model) to damp oscillations in electric power systems. It is adopted a technique previously presented to design only PSS-type damping controllers. The method is based on a robust control technique structured in the form of linear matrix inequalities (LMIs). The polytopic model is used to guarantee the robustness of the controllers with respect to the variations in the operating points of the system. The minimum damping ratio is used in the design stage as performance index for the closed loop system. The proposed controllers are based on dynamic output feedback and uses only local measurements as input signals. The design of the proposed controllers is realized in two different cases: (i) a simultaneous coordinated design of PSS-type controllers and TCSC supplementary controller to damp both local and interarea oscillations and; (ii) design of a supplementary controller for a FACTS device only to damp poorly damped and unstable inter-area oscillations. In the first case, a decentralized structure of the controllers is guaranteed by adoption of a block-diagonal strutucture to the matricial variables of the control problem. In the second case, this work proposes a extension of the previously methodology by combining it with a model order reduction technique. Performance analyses of the closed loop system were carried out by means of modal analysis and nonlinear simulations in two test systems. The first one is constituted by 10 buses and 4 generators and the other test system is constituted by 40 buses and 10 generators.

Orientador: Edvaldo Assunção / Resumo: Neste trabalho são propostos resultados para a estabilidade de sistemas lineares sujeitos a parâmetros variantes no tempo (do inglês, Linear Parameter Varying - LPV) e incertezas paramétricas. De início, apresenta-se um método para o projeto de um controlador robusto e gain scheduled via desigualdades matriciais lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalitities - LMIs), com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov, com parâmetro variante no tempo e empregando a realimentação derivativa. Propõe-se um método para projetar o controlador gain scheduled usando realimentação derivativa, considerando também incertezas paramétricas. Esta nova formulação foi obtida utilizando o Lema de Finsler, o que permitiu determinar o ganho do controlador sem a necessidade de inverter uma matriz literal. Condições menos conservadoras foram projetadas para um controlador gain scheduled considerando a realimentação dos estados do sistemas. Simulações computacionais com exemplos numéricos mostram que os teoremas propostos neste trabalho são menos conservadores do que os existentes na literatura. A metodologia apresentada foi implementada no sistema de suspensão ativa. / Abstract: In this work, results for the stability of linear parameter-varying (LPV) systems and parametric uncertainties are poposed. At first, a method for desining a gain scheduled and robust controller is described via linear matrix inequalities (Linear Matrix Inequalitities - LMIs), based on the stability theory of Lyapunov, with time-variant parameters and using state derivative feedback. A method to design a gain scheduling controller using state derivative feedback and also considering parametric uncertains is proposed. This new formulation was manipulated using the Finsler’s Lemma, and allowed to determine the control law without having to invert a symbolic matrix. Less conservative conditions were designed for a gain scheduled controller considering system state feedback. Computational simulations with numerical examples show that the theorems proposed in this work are less conservative than those in the literature. The presented methodology was implemented in the active suspension system. / Doutor

Photovoltaic installations in urban areas operate under uneven lighting conditions. For such a system to achieve its peak efficiency, each solar panel is connected in series through a micro-converter, a dc-dc converter that performs per-panel distributed maximum power point tracking (DMPPT). The objective of this thesis is to design a compensator for the DMPPT micro-converter. A novel, systematic approach to plant modeling is presented for this system, together with a framework for characterizing the plant’s uncertainty. A robust control design procedure based on linear matrix inequalities is then proposed, which ensures robust performance and stability of the time-varying system. The proposed modeling and control design methods are demonstrated for an example rooftop photovoltaic installation. The system and the designed compensator are tested in simulations. Simulation results show satisfactory performance over a range of operating conditions, and the simulated system is shown to track the maximum power point of every panel.

Photovoltaic installations in urban areas operate under uneven lighting conditions. For such a system to achieve its peak efficiency, each solar panel is connected in series through a micro-converter, a dc-dc converter that performs per-panel distributed maximum power point tracking (DMPPT). The objective of this thesis is to design a compensator for the DMPPT micro-converter. A novel, systematic approach to plant modeling is presented for this system, together with a framework for characterizing the plant’s uncertainty. A robust control design procedure based on linear matrix inequalities is then proposed, which ensures robust performance and stability of the time-varying system. The proposed modeling and control design methods are demonstrated for an example rooftop photovoltaic installation. The system and the designed compensator are tested in simulations. Simulation results show satisfactory performance over a range of operating conditions, and the simulated system is shown to track the maximum power point of every panel.

Dans ce travail sont presentees quelques approches pour la synthese de controleurs robustes avec information partielle sur l'etat (retour de sortie) dans le cas de systemes a temps discret. Dans le cadre de commande predictive, la synthese decoule de la minimisation a chaque instant d'echantillonnage, d'une borne superieure d'un cout quadratique evalue sur un horizon temporel infini. Le probleme d'optimisation qui inclut des contraintes sur l'etat et la commande est formule comme un probleme de programmation semi definie a base d'inegalites matricielles lineaires. Deux voies generales sont poursuivies: l'une basee sur le concept d'ellipsoide invariant et synthese de compensateur dynamique de retour de sortie, l'autre basee sur une formulation etendue permettant la resolution d'un probleme de retour d'etat equivalent a celui du retour de sortie.

Este trabalho apresenta uma extensão do princípio de invariância para sistemas chaveados contínuos no tempo. Esta extensão fornece estimativas de atratores e suas respectivas áreas de atração para sistemas chaveados compostos por um número finito de subsistemas, a qual é obtida através de uma função auxiliar comum e múltiplas funções auxiliares que desempenham o mesmo papel que as funções de Lyapunov. As principais características desses novos resultados, são que a derivada da função auxiliar ou das múltiplas funções auxiliares podem assumir valores positivos em alguns conjuntos e também são usados para analisar o comportamento assintótico da solução do sistema chaveado. Resultados para sistemas chaveados com subsistemas com incertezas paramétricas também foram obtidos. Neste caso, as estimativas dos atratores e suas respectivas áreas de atração independem do parâmetro incerto. Analisando as propriedades da função auxiliar comum ao longo de um sistema formado pela combinação convexa de todos os subsistemas, os resultados passam a fornecer estimativas de atratores e suas áreas de atração mesmo na presença de subsistemas que não são ultimamente limitados. Este último resultado pode não evitar o chaveamento rápido, então surge o problema da existência da solução. Esta dificuldade pôde ser superada com o uso da teoria de sistemas descontínuos para garantir que sua solução seja definida para todo tempo mesmo que o chaveamento rápido ocorra. Portanto, uma escolha apropriada da lei de chaveamento possibilita o uso da solução de Krasovskii para garantir a existência da solução para todo tempo. Ainda, representando cada subsistema por um modelo fuzzy T-S, o comportamento assintótico da solução do sistema chaveado pôde ser estudado apenas verificando propriedades de alguns conjuntos do espaço de estado e a factibilidade de um conjunto de desigualdades matriciais lineares. / This work presents an extension of the invariance principle for continuous time switched systems. This extension is useful to obtain estimates of the attractor and basin of attraction for switched systems composed by a finite number of subsystems, which are obtained by using a common auxiliary function or multiple auxiliary functions which play the same hole as the Lyapunov function. The main feature of these new results are that the common auxiliary function or the multiple auxiliary functions can be positive in some sets and are used to analyze the asymptotic behavior of the switching solution. Results for switched systems with parametric uncertainties were also obtained. The estimates of the attractor and basin of attraction does not depend on the uncertain parameter. Analysing the auxiliary function along the solutions of the convex combination of the subsystems, estimates of the attractor and basin of attraction for switched systems with subsystems which are not necessarily ultimately bounded were given. This last result can not avoid the fast switching, then the switched solution may not exist for all time. This difficulty was overcome with the use of the theory of discontinuous systems to guarantee the existence of the switching system solution for all time. Furthemore, using a T-S fuzzy model approach, the asymptotic behavior of the switched solution could be analyzed only by checking properties of some sets and the feasibility of a set of linear matrix inequalities.