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Construção, modelagem dinâmica e controle PID para estabilidade de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirotor / Construction, dynamic modeling and PID control for stability of an unmanned aerial vehicle quadrotor-type

Sá, Rejane Cavalcante 12 September 2012 (has links)
SÁ, R. C. S. Construção, modelagem dinâmica e controle PID para estabilidade de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirotor. 2012. 67 f. Dissertação (Mestrado em Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-11-29T17:14:11Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_rcsá.pdf: 4076716 bytes, checksum: 86a3c59f8259ec3461c769adeb2dde4e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-12-03T16:47:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_rcsá.pdf: 4076716 bytes, checksum: 86a3c59f8259ec3461c769adeb2dde4e (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-03T16:47:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_rcsá.pdf: 4076716 bytes, checksum: 86a3c59f8259ec3461c769adeb2dde4e (MD5) Previous issue date: 2012-09-12 / This dissertation presents the development of an unmanned aerial vehicle of the type quadrirotor, its dynamic model, besides the simulations and tests of a PID controller for embedded stabilization (motion in the vertical direction) of the projected structure. This vehicle is characterized by having four motors which are responsible for generating the movement of the platform. The objective of this work is to show the development (design and construction) of a type structure quadrirotor, detailing each component used for the mechanical construction of the platform, presenting the mathematical model of quadrirotor based on Newton-Euler formalism, the sensors used for navigation the modules used for wireless communication with a computer and a microcontroller system project used for the PID controller, used for stabilization, and driving the motors, as well as the simulation of the classical PID controller and a variation of the PID controller in environment Simulink®/Matlab and the tests in the developed structure. / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirotor, o seu modelo dinâmico, além das simulações e dos testes de um controlador PID embarcado para estabilização (movimentação na direção vertical) da estrutura projetada. Este veículo é caracterizado por ter quatro motores que são responsáveis pela geração do movimento da plataforma. O objetivo deste trabalho é mostrar o desenvolvimento (projeto e construção) de uma estrutura do tipo quadrirotor, detalhar cada componente utilizado para a construção mecânica da plataforma, apresentar o modelo matemático do quadrirotor baseado no formalismo de Newton-Euler, os sensores utilizados para navegação, os módulos usados para comunicação sem fio com um computador e o projeto do sistema microcontrolado utilizado para o controlador PID, usado para estabilização, e o acionamento dos motores, bem como a simulação do controlador PID clássico e uma variação do controlador PID em ambiente Simulink®/Matlab e os testes realizados na estrutura desenvolvida.
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Analise e projeto de controladores PID adaptativos baseados em estimação de parametros: um estudo de caso

Romão, Wesley January 1996 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:58:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104647.pdf: 2250643 bytes, checksum: c02bf4e9d39c4944634633221ed69640 (MD5) Previous issue date: 1996
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Abordagem inovadora no projeto de controladores PID

Faccin, Flavio January 2004 (has links)
O controlador PID é o algoritmo de controle mais difundido nas unidades industriais em todo o mundo. Além de estar disponível em praticamente todas as plataformas de controle comerciais, ele é um algoritmo robusto, de fácil entendimento, e capaz de prover performance satisfatória para uma grande variedade de processos industriais. No entanto, seu desempenho para a grande maioria dos casos está muito aquém do esperado. Estimativas mostram que apenas 20% das malhas de controle industriais estejam funcionando de forma adequada, diminuindo a variabilidade do processo. Assim, devido a necessidade de melhorar o desempenho das malhas de controle industriais, foi desenvolvida uma metodologia complexa, porém intuitiva, através da qual é possível sintetizar controladores do tipo PID de qualquer parametrização, baseada em um problema de otimização no domínio da freqüência, que minimiza a diferença entre a resposta do sistema em malha fechada frente à uma variação do tipo degrau unitário, e uma resposta específica desejada, representada pela função desempenho alcançável (FDA). Diversas alternativas foram propostas para automatizar todo o procedimento e facilitar a sua utilização, porém foi deixado um grau de liberdade para o usuário alterar o nível de desempenho desejado, através da variação de um único parâmetro que indica a velocidade da resposta da FDA. Adicionalmente, foi feita uma série de recomendações sobre como variar o nível de desempenho desejado, respeitando as restrições inerentes do processo e os limites de estabilidade para diferentes tipos de casos. Para processos mais complexos, onde o comportamento dinâmico não é representado de forma satisfatória por um único modelo nominal, foi desenvolvida uma metodologia alternativa, adequada para um sistema multi-modelos, caracterizado por um conjunto de modelos lineares representativos de diferentes pontos de operação. Esta metodologia é uma extensão da original, porém, com a resolução de um problema de otimização multiobjetivo com formulação do tipo minmax, onde minimiza-se o máximo desvio entre a resposta em malha fechada de cada modelo considerado e uma única FDA. Neste tipo de abordagem, é estabelecido um compromisso entre o desempenho atingido em todos os pontos de operação, quando controlado por um único controlador PID. / The PID controller is the most widespread used control algorithm in the industrial plants of the whole world. Besides it is available in practically all commercial control system, it is a robust algorithm, easily understood, able to provide satisfactory performance for a number of industrial processes. Nevertheless, its performance for most of the cases is below than the desired. Estimates show that just 20% of the industrial control loops are found to work well, decreasing the processes variability. Thus, due to the need of improving the performance of the industrial control loops, a complex, but intuitive methodology was developed, by which it is possible to synthesize PID controllers of any parameterization, based on a frequency domain optimization problem, that minimizes the difference between the unit step response of the closed loop system and a desired specific response, represented by the attainable performance function (APF). A lot of alternatives were purposed to turn the whole procedure automatic and simple, however, there is a degree of freedom, by which the practitioner can vary the desired performance level, changing only one parameter, which indicates the APF response speed. In addition, a number of recommendations about how to vary the desired performance level were done, respecting the inherent process constraints and the stability boundaries for different kind of cases. For more complex processes, where the dynamic behavior is not well represented by only one nominal model, an alternative methodology was developed, suitable for a multi-model system, that is specified by a set of linear models, each one representing a different operating point. This methodology is the sequence of the original one, but formulated as a min-max multiobjective optimization problem, where it is minimized the maximum deviation between the closed loop response of each considered model and only one APF. In this kind of approach, it is possible to have a trade-off among the performance reached in all operating points, when controlled by only one PID controller.
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Abordagem inovadora no projeto de controladores PID

Faccin, Flavio January 2004 (has links)
O controlador PID é o algoritmo de controle mais difundido nas unidades industriais em todo o mundo. Além de estar disponível em praticamente todas as plataformas de controle comerciais, ele é um algoritmo robusto, de fácil entendimento, e capaz de prover performance satisfatória para uma grande variedade de processos industriais. No entanto, seu desempenho para a grande maioria dos casos está muito aquém do esperado. Estimativas mostram que apenas 20% das malhas de controle industriais estejam funcionando de forma adequada, diminuindo a variabilidade do processo. Assim, devido a necessidade de melhorar o desempenho das malhas de controle industriais, foi desenvolvida uma metodologia complexa, porém intuitiva, através da qual é possível sintetizar controladores do tipo PID de qualquer parametrização, baseada em um problema de otimização no domínio da freqüência, que minimiza a diferença entre a resposta do sistema em malha fechada frente à uma variação do tipo degrau unitário, e uma resposta específica desejada, representada pela função desempenho alcançável (FDA). Diversas alternativas foram propostas para automatizar todo o procedimento e facilitar a sua utilização, porém foi deixado um grau de liberdade para o usuário alterar o nível de desempenho desejado, através da variação de um único parâmetro que indica a velocidade da resposta da FDA. Adicionalmente, foi feita uma série de recomendações sobre como variar o nível de desempenho desejado, respeitando as restrições inerentes do processo e os limites de estabilidade para diferentes tipos de casos. Para processos mais complexos, onde o comportamento dinâmico não é representado de forma satisfatória por um único modelo nominal, foi desenvolvida uma metodologia alternativa, adequada para um sistema multi-modelos, caracterizado por um conjunto de modelos lineares representativos de diferentes pontos de operação. Esta metodologia é uma extensão da original, porém, com a resolução de um problema de otimização multiobjetivo com formulação do tipo minmax, onde minimiza-se o máximo desvio entre a resposta em malha fechada de cada modelo considerado e uma única FDA. Neste tipo de abordagem, é estabelecido um compromisso entre o desempenho atingido em todos os pontos de operação, quando controlado por um único controlador PID. / The PID controller is the most widespread used control algorithm in the industrial plants of the whole world. Besides it is available in practically all commercial control system, it is a robust algorithm, easily understood, able to provide satisfactory performance for a number of industrial processes. Nevertheless, its performance for most of the cases is below than the desired. Estimates show that just 20% of the industrial control loops are found to work well, decreasing the processes variability. Thus, due to the need of improving the performance of the industrial control loops, a complex, but intuitive methodology was developed, by which it is possible to synthesize PID controllers of any parameterization, based on a frequency domain optimization problem, that minimizes the difference between the unit step response of the closed loop system and a desired specific response, represented by the attainable performance function (APF). A lot of alternatives were purposed to turn the whole procedure automatic and simple, however, there is a degree of freedom, by which the practitioner can vary the desired performance level, changing only one parameter, which indicates the APF response speed. In addition, a number of recommendations about how to vary the desired performance level were done, respecting the inherent process constraints and the stability boundaries for different kind of cases. For more complex processes, where the dynamic behavior is not well represented by only one nominal model, an alternative methodology was developed, suitable for a multi-model system, that is specified by a set of linear models, each one representing a different operating point. This methodology is the sequence of the original one, but formulated as a min-max multiobjective optimization problem, where it is minimized the maximum deviation between the closed loop response of each considered model and only one APF. In this kind of approach, it is possible to have a trade-off among the performance reached in all operating points, when controlled by only one PID controller.
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Modelagem e simulação dinamica de um sistema de refrigeração controlado a diferentes modos de controle

Menezes, Mauro Renault 20 February 1998 (has links)
Orientador: Vivaldo Silveira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-23T08:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_MauroRenault_M.pdf: 20656038 bytes, checksum: 879ea1d0e01c3b7da8723352d30c7843 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho consiste na modelagem matemática de um túnel de congelamento em batelada, com convecção forçada de ar, e seu sistema de refrigeração por compressão mecânica de simples estágio, com o objetivo de comparar diferentes modos de controle. Inicialmente foi testada a substituição da lógica de controle da válvula de expansão, de proporcional (P, convencionalmente utilizada), para proporcional-integral-derivativa (PID). Pelos resultados obtidos, não houve melhoria significativa no desempenho global do processo, embora o controle do superaquecimento (diferença entre as temperaturas de saída e entrada do evaporador) tenha sido melhor. Em seguida, foram testadas outras variáveis de processo (temperatura do ar na câmara, eficiência volumétrica e volume específico da sucção) com a mesma variável de controle (abertura da válvula), e observou-se que estas variáveis não devem ser utilizadas para controle, uma vez que cada uma delas, isoladamente, pode trazer problemas ao processo. Utilizando a válvula de expansão com lógica PID e outro controlador, variando a rotação do compressor e monitorando a eficiência volumétrica (2 SISO's - "Single Input Single Output"), mostrou-se que é possível melhorar a eficiência volumétrica do compressor, e, conseqüentemente, o coeficiente de eficácia (COP) do processo, sendo que foi atingido um aumento de até 16 % no COP com relação ao controle convencional (controle do superaquecimento pela válvula de expansão) / Abstract: This work consists on the mathematical modeling of a batch freezing tunnel with forced air convection and its single stage relegating system of mechanical compression, with the objective of comparing different control manners. Initially the substitution of the control logic of the expansion valve, from proportional (P, conventionally used) to proportional-integral-derivative (PID) was tested. From the results, there was not significant improvement in the global performance of the process, although the control of superheating (difference between outlet and inlet evaporator temperatures) has been better. Soon after, other process variables were tested (air room temperature, volumetric efficiency and suction specific volume) with the same controlled variable (opening of the valve), and it was observed that these variables should not be used for control, once each one of them, separately, can bring problems to the process. Using the expansion valve with PID logic and other controller, varying the rotation ofthe compressor and monitoring the volumetric efficiency (2 SISO's - Single Input Single Output), it was shown that it is possible to improve the compressor volumetric efficiency and, consequently, the coefficient of performance (COP) ofthe process. It has been obtained an increase of up to 16% in COP with relation to the conventional control (control of superheating by the expansion valve) / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos
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Projeto e construção de um controlador de temperatura para fornos de difusão

Avilez Filho, Oseas Valente de, 1950- 14 July 2018 (has links)
Orientador: Carlos Ignacio Zamitti Mammana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T03:32:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AvilezFilho_OseasValentede_M.pdf: 4780510 bytes, checksum: 800d17b6c3b2fbde49952caa1c81c87e (MD5) Previous issue date: 1978 / Resumo: O controlador de temperatura desenvolvido no L.E.D. é composto por um controlador mestre e pois escravos, todos com controle do tipo PID e com saídas compatíveis com chaveamento de chaves controladas semicondutoras(TRIAC's,ou SCR's). Pode ser utilizado em fornos com uma única zona de aquecimento ou em fornos com três zonas de aquecimento, quando se deseja maior uniformidade no perfil de temperatura. Suas características mais importantes são a alta estabilidade (melhor que +/- 1/2°C durante oito horas) e a pequena variação do ponto de operação por efeitos de temperatura ambiente (menor que 0,1°C/°C), o que possibilita sua utilização em fornos para difusão de impurezas em semicondutores, processo este muito crítico na fabricação de dispositivos. Este tipo de controlador tem utilidade tanto em fornos de laboratório como em fornos para produção industrial. Os sensores utilizados foram termopares de Platina/Platina-Ródio, o que permitiu obter, com circuitos de linearização simples, exatidão na temperatura melhor que 0,5% em toda a faixa de operação, que vai e 400 °C a 1300 °C. Os circuitos de seleção do ponto de operação foram projetados de modo a permitir o uso de outros tipos de termopares, através de substituição de alguns componentes passivos. O trabalho está apresentado de forma a permitir a compreensão dos objetivos e resultados alcançados (Capítulos I e 2) sem entrar em detalhes de circuitos eletrônicos, que são descritos em apêndices, um para cada bloco funcional do controlador. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica
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Obstacle Avoidance for a Quadrotor using A* Path Planning and LQR-based Trajectory Tracking

Taoudi, Amine 10 August 2018 (has links)
The vertical take-off and landing capabilities of quadrotors, and their maneuverability has contributed towards their recent popularity. They are widely used for indoors applications, where robust control strategies and automation of mission planning is necessary. In this thesis, a mathematical model for a quadrotor is derived using Newton's and Euler's laws. The model is linearized around hover and optimal control theory is used to derive a standard linear quadratic regulator controller for trajectory following. A feedorward of the tracking error is introduced to the standard LQR to improve its transient response. The performance of the proposed controller is compared with a conventional PID controller and the standard LQR controller for a variety of trajectories. The proposed controller produced a faster transient response with better disturbance rejection. A* algorithm is used to generate collisionree paths for the quadrotor where the proposed LQR is used to follow the trajectory.
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PID έλεγχος για Quadrotor

Θάνου, Μιχαήλ 04 October 2011 (has links)
Αντικείμενο της εργασίας είναι ο έλεγχος του προσανατολισμού ελικοπτέρου Quadrotor με χρήση ελεγκτή PID. Το ελικόπτερο Quadrotor είναι ένα μη γραμμικό, ασταθές, υποενεργοποιούμενο σύστημα. Για αυτούς τους λόγους, ο έλεγχός του παρουσιάζει σοβαρά προβλήματα. Ο ελεγκτής PID αρχικά εφαρμόζεται στο γραμμικοποιημένο μοντέλο του συστήματος, και εν συνεχεία διακριτοποιείται και εξετάζεται στο πλήρες μη γραμμικό μοντέλο του Quadrotor. Ιδιαίτερο βάρος δίνεται στη ρύθμιση του ελεγκτή PID. Αφού παρουσιαστούν οι κυριότερες μέθοδοι ρύθμισης ενός τέτοιου ελεγκτή, επιλέγεται η μέθοδος Extremum Seeking, μία επαναληπτική μέθοδος που βελτιστοποιεί τον PID ώστε να ελαχιστοποιείται τοπικά μια συνάρτηση κόστους. Σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι μπορεί να εφαρμοστεί κατ' ευθείαν στο μη γραμμικό μοντέλο του συστήματος βελτιστοποιώντας περαιτέρω τον ελεγκτή. Στη συνέχεια ο ελεγκτής PID εξετάζεται σε ένα πραγματικό ελικόπτερο που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο. Στο πειραματικό αυτό σύστημα, η υλοποίηση του PID γίνεται σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή, με τη βοήθεια του προγράμματος Labview ενώ η επικοινωνία ανάμεσα στον υπολογιστή και στο ελικόπτερο επιτυγχάνεται με τη βοήθεια σειριακής θύρας RS232. Μετά τη διεξαγωγή των πειραμάτων και την αξιολόγηση της απόδοσης του ελεγκτή PID, αναφέρονται τα γενικότερα συμπεράσματα της εργασίας, καθώς και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα. / This thesis focuses on attitude control of a quadrotor helicopter with PID technique. Quadrotor is a non linear, unstable, underactuated system, so the controller design is a very challenging task. Initially the PID controller is applied to the linearized model of the helicopter, and then to the discretized one, because the controller is later implemented on a personal computer. Then we describe some PID tuning techniques that are often used in practice. In this thesis we use Extemum Seeking which is an iterative, optimization method for the PID tuning that can be used in either linear or non linear models. So Extremum Seeking can be applied to the full non linear model of the quadrotor to further improve the PID parameters. Finally the PID controller is applied to a real Quadrotor helicopter. The controller is implemented on Labview while the communication between the PC and the helicopter is achieved with two RS232 links.
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Aplica??o pr?tica do m?todo de sintonia de controladores PID utilizando o m?todo do rel? com histerese

Pinto, Jan Erik Mont Gomery 16 May 2014 (has links)
Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JanEMGP_DISSERT.pdf: 3028317 bytes, checksum: 5eeb8ec6954b59f2853f263ffa4c4d9c (MD5) Previous issue date: 2014-05-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The area of research and development involving the PID tune of controllers is an active area in the academic and industrial sectors yet. All this due to the wide use of PID controllers in the industry (96% of all controllers in the industry is still PID). Controllers well tuned and tools to monitor their performance over time with the possibility of selftuning, become an item almost obligatory to maintain processes with high productivity and low cost. In a globalized world, it is essential for their self survival. Although there are several new tools and techniques that make PID tune, in this paper will explore the PID tune using the relay method, due its good acceptance in the industrial environment. In addition, we will discuss some techniques for evaluation of control loops, as IAE, ISE, Goodhart, the variation of the control signal and index Harris, which are necessary to propose new tuning for control loops that have a low performance. Will be proposed in this paper a tool for tuning and self tuning PID. Will be proposed in this paper a PID auto-tuning software using a relay method. In particular, will be highlighted the relay method with hysteresis. This method has shown tunings with satisfactory performance when applied to the didactic, simulated and real plants / O campo de pesquisa e desenvolvimento de softwares envolvendo a sintonia de controladores PID, ainda ? uma ?rea ativa dentro do meio acad?mico e industrial. Tudo isso devido ? larga utiliza??o de controladores PID na ind?stria (96% de todos os controladores na ind?stria ainda ? PID). Ter controladores bem sintonizados e com ferramentas que possam acompanhar seus desempenhos ao longo do tempo com a possibilidade de ressintoniz?-los, ou ainda autossintoniz?-los, passar a ser um item quase que obrigat?rio para manter processos com alta produtividade e baixo custo. J? que em um mundo globalizado, o n?vel mais acirrado de concorr?ncia entre as empresas, atualmente, est? no custeio e na produtividade. Apesar de existirem diversas novas t?cnicas e ferramentas que fazem sintonia de controladores PID, neste trabalho ser? explorada esta sintonia utilizando o m?todo do rel?, devido a sua boa aceita??o no ambiente industrial, simplicidade e robustez. Al?m disto, abordaremos algumas t?cnicas para avalia??o de desempenho de malhas de controle de processos, tais como IAE, ISE, Goodhart, Vari?ncia de sinais e ?ndice de Harris. Ser? proposta neste trabalho uma ferramenta de sintonia e autossintonia PID (usando o m?todo do rel?), em especial o m?todo do rel? com histerese. Este m?todo tem apresentado sintonias com desempenhos satisfat?rios quando aplicados em plantas simuladas e reais
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Modelling and Control of an Electro-Hydraulic Forklift

Bäckman, Henrik, Brändström, Anders January 2016 (has links)
To meet the increasing demand on control precision in industrial forklifts, physical modelling of the lifting system has been combined with parameter estimations from data. A number of different controllers have been evaluated in terms of their ability to achieve a load independent lifting speed. The model and controller performance as well as stability properties were evaluated in simulations, and the most promising controller was implemented on the real system. Especially the electric motor turned out to be difficult to model, and therefore experimental data was used to approximate some parts of it. This, along with some friction parameters that had to be estimated caused a slight loss in model generality. An observer (Extended Kalman filter) was used to estimate the unknown states, including the velocity of the forks. The simulated performance of the MPC controller was slightly better than the PID controller, except for a bigger overshoot when starting from a turned off motor. The PID controller also handles model errors better, because of its integral action. Due to the simplicity in relation to performance, only the PID controller was implemented on the forklift. The model turned out to perform well, but not well enough to estimate the lifting height accurately. The PID controller worked as intended and it could therefore be concluded that a more advanced control algorithm, such as an MPC controller, is not necessary for this system.

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