Submitted by RENAN FERNANDES KOZAN null (renankozan@hotmail.com) on 2016-08-19T12:10:27Z No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 3928779 bytes, checksum: 7c22c3b0fb005559432b588354eddf3f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-22T19:03:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kozan_rf_dr_ilha.pdf: 3928779 bytes, checksum: 7c22c3b0fb005559432b588354eddf3f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-22T19:03:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kozan_rf_dr_ilha.pdf: 3928779 bytes, checksum: 7c22c3b0fb005559432b588354eddf3f (MD5) Previous issue date: 2016-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A lesão da medula espinhal é um dos mais graves acometimentos que pode afetar o ser humano. A Estimulação Elétrica Funcional (FES - Functional Electrical Stimulation) tem sido utilizada para auxiliar no restabelecimento de funções motoras em paraplégicos. Este projeto faz parte de um estudo multidisciplinar que tem por objetivo implementar um sistema de estimulação elétrica funcional para controlar a posição da perna de paraplégicos utilizando controlador Linear Quadrático Gaussiano (LQG) com o princípio de recuperação da malha objetivo (Loop Transfer Recovery – LTR), conhecido como LQG/LTR. A plataforma de testes utilizada é composta por um estimulador elétrico neuromuscular de 8 canais, uma cadeira instrumentada com sensores de posição, velocidade e aceleração angulares, um dispositivo NI myRIO e uma interface desenvolvida no software LabVIEW. Um modelo de segunda ordem, chamado de modelo nominal e um modelo de terceira ordem com um zero e atraso, chamado de modelo real, foram utilizados para representar o movimento de extensão da perna resultante da aplicação da FES. O controlador LQG/LTR foi utilizado para recuperar as propriedades do Filtro de Kalman como comportamento global do sistema, que além de prover boas características de robustez e sensibilidade, simplifica o projeto do controlador e requer a medição de uma única variável de estado. As identificações dos parâmetros dos modelos apresentaram boa correlação, indicando que os modelos representam suficientemente bem a dinâmica do movimento estudado. Foi possível projetar os controladores para os voluntários de maneira que os critérios de desempenho nominal e estabilidade robusta fossem atendidos para todas as frequências, e o critério de desempenho robusto fosse atendido apenas para baixas frequências. Os testes em malha fechada atingiram as posições especificadas, indicando que o uso do controlador LQG/LTR é adequado em sistemas de estimulação elétrica funcional. / A spinal cord injury is one of the most serious events that can affect humans. The Functional Electrical Stimulation (FES) has been used to help restore motor function in paraplegics. This work is part of a multidisciplinary study that aims to implement a FES system to control the paraplegics leg position using a Linear Quadratic Gaussian (LQG) controller, combined with the principle of Loop Transfer Recovery (LTR), or LQG/LTR controller. The platform test used is composed of an 8 channels neuromuscular electrical stimulator, an instrumented chair with angular position, velocity and acceleration sensors, an NI myRIO device and an interface developed in LabVIEW software. A second-order model, called nominal model, and a thirdorder model with a zero and delay, called real model, were used to represent the leg extension movement resulting from the application of FES. The LQG/LTR controller was used to recovery the Kalman Filter properties as global behavior of the controller, which in addition to providing good characteristics of robustness and sensitivity, simplifies the LQG design procedure, and requires measurement of only one state variable. The identification of the model parameters showed good correlation, indicating that the models represent well enough the dynamics of studied movement. It was possible to design the controllers in a way that the criteria for nominal performance and robust stability were met for all frequencies, and the criteria for robust performance was attended only to low frequencies. The closed-loop testes reached the specified position, indicating that using the LQG / LTR controller is appropriate for functional electrical stimulation systems.

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Resumo: A lesão da medula espinhal é um dos mais graves acometimentos que pode afetar o ser humano. A Estimulação Elétrica Funcional (FES - Functional Electrical Stimulation) tem sido utilizada para auxiliar no restabelecimento de funções motoras em paraplégicos. Este projeto faz parte de um estudo multidisciplinar que tem por objetivo implementar um sistema de estimulação elétrica funcional para controlar a posição da perna de paraplégicos utilizando controlador Linear Quadrático Gaussiano (LQG) com o princípio de recuperação da malha objetivo (Loop Transfer Recovery – LTR), conhecido como LQG/LTR. A plataforma de testes utilizada é composta por um estimulador elétrico neuromuscular de 8 canais, uma cadeira instrumentada com sensores de posição, velocidade e aceleração angulares, um dispositivo NI myRIO e uma interface desenvolvida no software LabVIEW. Um modelo de segunda ordem, chamado de modelo nominal e um modelo de terceira ordem com um zero e atraso, chamado de modelo real, foram utilizados para representar o movimento de extensão da perna resultante da aplicação da FES. O controlador LQG/LTR foi utilizado para recuperar as propriedades do Filtro de Kalman como comportamento global do sistema, que além de prover boas características de robustez e sensibilidade, simplifica o projeto do controlador e requer a medição de uma única variável de estado. As identificações dos parâmetros dos modelos apresentaram boa correlação, indicando que os modelos representam suficientemente bem ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A spinal cord injury is one of the most serious events that can affect humans. The Functional Electrical Stimulation (FES) has been used to help restore motor function in paraplegics. This work is part of a multidisciplinary study that aims to implement a FES system to control the paraplegics leg position using a Linear Quadratic Gaussian (LQG) controller, combined with the principle of Loop Transfer Recovery (LTR), or LQG/LTR controller. The platform test used is composed of an 8 channels neuromuscular electrical stimulator, an instrumented chair with angular position, velocity and acceleration sensors, an NI myRIO device and an interface developed in LabVIEW software. A second-order model, called nominal model, and a thirdorder model with a zero and delay, called real model, were used to represent the leg extension movement resulting from the application of FES. The LQG/LTR controller was used to recovery the Kalman Filter properties as global behavior of the controller, which in addition to providing good characteristics of robustness and sensitivity, simplifies the LQG design procedure, and requires measurement of only one state variable. The identification of the model parameters showed good correlation, indicating that the models represent well enough the dynamics of studied movement. It was possible to design the controllers in a way that the criteria for nominal performance and robust stability were met for all frequencies, and the criteria for robust performance was ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho, duas técnicas de controle robusto (LQG/LTR e DML), aplicadas a um sistema elétrico de potência, são avaliadas através dos raios de estabilidade do sistema. As incertezas estruturadas do modelo nominal são consideradas nos dois controladores. Um conjunto de modelos é gerado considerando as combinações das incertezas paramétricas. Os valores singulares estruturados dos dois sistemas de controle são analisados. / In this work, two techniques of robust control (LQG/LTR) and LMI), applied to a power electric system, are available via stability radii of the system. The structured uncertainties of the nominal model are considered in both designs. A set of models is generated considering the combinations of the parametric uncertainties. The structured singular values of both systems are analysed.

Neste trabalho, duas técnicas de controle robusto (LQG/LTR e DML), aplicadas a um sistema elétrico de potência, são avaliadas através dos raios de estabilidade do sistema. As incertezas estruturadas do modelo nominal são consideradas nos dois controladores. Um conjunto de modelos é gerado considerando as combinações das incertezas paramétricas. Os valores singulares estruturados dos dois sistemas de controle são analisados. / In this work, two techniques of robust control (LQG/LTR) and LMI), applied to a power electric system, are available via stability radii of the system. The structured uncertainties of the nominal model are considered in both designs. A set of models is generated considering the combinations of the parametric uncertainties. The structured singular values of both systems are analysed.

With the increasing demand for electrical power and the growing need for the restructuring of the power industry, electric power systems have become highly complex with inherent complicated dynamics. Therefore, the study of power system stability has continued to receive significant attention from both academic researchers and industrial practitioners. This thesis focuses on supervisory wide-area control for rotor angle stability of multi-machine power systems using Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) control theory with guaranteed robustness. The supervisory controllers are developed in both continuous-time and discrete-time framework and their performances and robustness are assessed using both frequency-domain tools, and time-domain simulation results. The impact of the communication time-delays that commonly exist in wide-area power system control on the performance and robustness of the closed-loop system is investigated. In particular, different methods of incorporating such time-delays into the design of the supervisory LQG controller are considered. This thesis proposes a modified supervisory LQG controller that utilizes the Extended Kalman Filter to estimate the unknown/varying time-delays. Simulation results obtained using numerical examples involving non-linear power system models demonstrate the benefits of the proposed scheme for both time-invariant and time-varying delays. The resulting supervisory control scheme is well suited for maintaining power system stability in the presence of communication time-delays.

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Para aplicações de extração de petróleo de poços em terra foi desenvolvido pelo Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado (LMAG) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo um protótipo de motor de indução linear tubular (MILT), onde o movimento axial do secundário do motor aciona diretamente a bomba de extração situada no fundo do poço. Numa segunda etapa, foi prevista a substituição dos mancais mecânicos por dois mancais magnéticos ativos (AMBs), que permitem melhor movimentação e praticamente nenhum atrito, reduzindo o desgaste causado por impurezas contidas no petróleo extraído, e consequentemente os esforços de manutenção. Todavia, o protótipo atual possui apenas um mancal magnético, e o outro é mecânico. O presente trabalho apresenta a instalação do segundo mancal magnético ao protótipo do MILT, e propõe realizar o controle do sistema de mancais magnéticos para o MILT, tendo em vista um problema multivariável, onde as posições do secundário do motor em relação aos dois mancais são correlacionadas, bem como as ações de controle sobre os mesmos. O trabalho faz uma revisão do sistema atual com um AMB, abordando sua concepção física, modelagem e o controlador, e tal controlador é replicado para o segundo AMB. Um novo modelo é apresentado, considerando o comportamento multivariável dos dois AMBs, e um sistema de controle robusto multivariável é projetado, através da técnica LQG/LTR. Resultados de simulação do novo controlador são analisados e comparados com os resultados experimentais do controlador atual aplicado aos dois AMBs, e apresentam-se as conclusões. / For onshore oil extraction applications, a tubular linear induction motor (TLIM) prototype was developed by Applied Electromagnetism Laboratory (LMAG) of Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, on which the axial movement of the motor secondary drives the suction pump, placed in the down hole of the oil well. In a second step, it was planned to replace the mechanical bearings by two Active Magnetic Bearings (AMB), in order to have better movement and practically no friction, reducing damages caused by impurities in the oil, thus reducing maintenance effort. Nevertheless, the actual prototype has only one AMB, being the other one a mechanical bearing. This paper presents the installation of the second AMB onto TLIM prototype, and a proposal to implement the control algorithm for the TLIM magnetic bearing system, considering now a multivariable problem, where the position of the motor secondary for both AMB are related, as well as control efforts. The present work review the actual system with only one AMB, approaching its physical construction, mathematical model and applied control system; and this control system is applied to the second AMB. A new model is presented, considering the AMB system multivariable behavior, and a multivariable robust control system is then designed, using LQG/LTR approach. Simulation results for the new controller are analyzed and compared to experimental results from the actual controller applied to both AMB, and some conclusions are presented.

Para aplicações de extração de petróleo de poços em terra foi desenvolvido pelo Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado (LMAG) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo um protótipo de motor de indução linear tubular (MILT), onde o movimento axial do secundário do motor aciona diretamente a bomba de extração situada no fundo do poço. Numa segunda etapa, foi prevista a substituição dos mancais mecânicos por dois mancais magnéticos ativos (AMBs), que permitem melhor movimentação e praticamente nenhum atrito, reduzindo o desgaste causado por impurezas contidas no petróleo extraído, e consequentemente os esforços de manutenção. Todavia, o protótipo atual possui apenas um mancal magnético, e o outro é mecânico. O presente trabalho apresenta a instalação do segundo mancal magnético ao protótipo do MILT, e propõe realizar o controle do sistema de mancais magnéticos para o MILT, tendo em vista um problema multivariável, onde as posições do secundário do motor em relação aos dois mancais são correlacionadas, bem como as ações de controle sobre os mesmos. O trabalho faz uma revisão do sistema atual com um AMB, abordando sua concepção física, modelagem e o controlador, e tal controlador é replicado para o segundo AMB. Um novo modelo é apresentado, considerando o comportamento multivariável dos dois AMBs, e um sistema de controle robusto multivariável é projetado, através da técnica LQG/LTR. Resultados de simulação do novo controlador são analisados e comparados com os resultados experimentais do controlador atual aplicado aos dois AMBs, e apresentam-se as conclusões. / For onshore oil extraction applications, a tubular linear induction motor (TLIM) prototype was developed by Applied Electromagnetism Laboratory (LMAG) of Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, on which the axial movement of the motor secondary drives the suction pump, placed in the down hole of the oil well. In a second step, it was planned to replace the mechanical bearings by two Active Magnetic Bearings (AMB), in order to have better movement and practically no friction, reducing damages caused by impurities in the oil, thus reducing maintenance effort. Nevertheless, the actual prototype has only one AMB, being the other one a mechanical bearing. This paper presents the installation of the second AMB onto TLIM prototype, and a proposal to implement the control algorithm for the TLIM magnetic bearing system, considering now a multivariable problem, where the position of the motor secondary for both AMB are related, as well as control efforts. The present work review the actual system with only one AMB, approaching its physical construction, mathematical model and applied control system; and this control system is applied to the second AMB. A new model is presented, considering the AMB system multivariable behavior, and a multivariable robust control system is then designed, using LQG/LTR approach. Simulation results for the new controller are analyzed and compared to experimental results from the actual controller applied to both AMB, and some conclusions are presented.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Cesar Teixeira Ferreira.pdf: 819618 bytes, checksum: d77aa555d25af8f110fac9381a4b6c4d (MD5) Previous issue date: 2004-03-25 / This work presents a proposal for Eigenstructure Assignment in dynamic stochastic multivariable systems, using LQG/LTR Robust Controllers and Evolutionary Computation. It shows the importance and influence of the Eigenstructure Assignment on the systems dynamic response. It solves the Eigenstructure Assignment problem of the control problem through Linear Quadratic Regulator Design and Genetic Algorithm, developed to perform the search of the state and control weighting matrices in order to assign the Eigenstructure. The Eigenstructure Assignment problem of stochastic state estimation is formulated and solved by using Kalman Filter Design and Genetic Algorithm, now developed to search the state disturbance and measurement noise covariances matrices in order to find an adequate estimator. The Eigenstructure Assignment problem for the stochastic multivariable control with observer is formulated as LQG/LTR Robust Control problem with Loop Transfer Recovery at the Input. This proposal for Eigenstructure Assignment using LQG/LTR Controllers is examined on dynamical system model that representing an aircraft. / Apresenta-se neste trabalho um método para Alocação de Auto-estrutura em sistemas dinâmicos estocásticos multivariáveis, utilizando-se o Projeto de Controladores Robustos LQG/LTR e Computação Evolutiva. Mostra-se a importância e influência da Alocação de Auto-estrutura na resposta de sistemas dinâmicos. Resolve-se o problema da Alocação de Auto-estrutura do problema de controle através do Projeto do Regulador Linear Quadrático e Algoritmo Genético, desenvolvido para realizar a busca das matrizes de ponderação do estado e do controle de forma a alocar a Auto-estrutura. Formula-se e resolve-se o problema de Alocação de Auto-estrutura do estimador de estado estocástico, utilizando-se Filtro de Kalman e Algoritmo Genético, agora desenvolvido para buscar as matrizes de covariâncias da perturbação no estado e do ruído de medida, de forma a encontrar um estimador adequado. Propõe-se e implementa-se a solução do problema de Alocação de Auto-estrutura para o projeto de controle multivariável com observador estocástico, formulado como um problema de Controle Robusto LQG/LTR com Recuperação da Malha de Transferência na Entrada. Verifica-se esta proposta de Alocação de Auto-estrutura via Controladores LQG/LTR em um modelo de um sistema dinâmico que representa uma aeronave.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Na presente tese, propÃe-se um controlador robusto LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) com aÃÃo integral (LQG/LTRI) em uma nova aplicaÃÃo para o ajuste dos controladores do conversor do lado da mÃquina e do conversor do lado rede elÃtrica em um sistema de conversÃo eÃlica utilizando um gerador de induÃÃo duplamente alimentado (Doubly-Fed Induction Generator - DFIG). A metodologia de controle proposta assegura a robustez em relaÃÃo à rejeiÃÃo do erro de rastreamento, insensibilidade a variaÃÃes paramÃtricas, alÃm de permitir que erros de medida e modelagem sejam incorporados no projeto. Testes de robustez e desempenho foram realizados para variaÃÃes dos parÃmetros internos da mÃquina e variaÃÃes de referÃncia de velocidade. Resultados de simulaÃÃo e experimentais, obtidos em um protÃtipo de laboratÃrio com uma mÃquina de 2kW sÃo apresentados para validar e demonstrar o bom desempenho e robustez do controlador proposto comparado com os controladores clÃssicos Proporcional-Integral (PI) em um sistema de geraÃÃo eÃlica com mÃquinas DFIG. / It is proposed in this thesis a LQG/LTR robust controller (Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) with integral action (LQG/LTRI) in a new application for gain tuning for the rotor side converter and grid side converter in a wind energy conversion system (WECS) with Doubly-Fed Induction Generator(DFIG). The proposed control method assures the robustness with respect to the tracking error rejection, insensitivity to parameter variations and permits that measurement and modeling errors are incorporated in the project. Robustness and performance tests were performed for variations of machine internal parameters and speed. Simulation and experimental results, obtained from a laboratory prototype that uses a 2 kW machine are presented to validate and demonstrate the robustness and performance of the proposed controller through the comparison with the proportional and integral (PI) controller employed in a wind energy conversion system with DFIG.