Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-18T18:06:54Z No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-07-26T20:48:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T20:48:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) Previous issue date: 2017-07-26 / O desenvolvimento e o crescimento na demanda por energia eólica fazem com que se desenvolvam cada vez mais pesquisas na área de otimização de potência de produção de turbinas eólicas. O presente trabalho mostra a estratégia de modelagem e controle para solucionar a imprecisão nas curvas de potência, causada por um problema de stall em turbinas operando em baixas rotações. A dissertação tem por objetivo fazer a modelagem dinâmica de uma turbina eólica em escala reduzida que está localizada dentro de um túnel de vento, utilizando a variação de uma resistência externa como sinal de entrada para funcionar como um freio eletrônico, além de realizar testes para a validação do modelo proposto. O problema de stall causa um salto em uma determinada zona de pontos de operação causando uma instabilidade no sistema, logo foi aplicado o método de linearização tangente para a correta identificação da zona de instabilidade do sistema e posteriormente foram aplicados no sistema um controlador PID e um controlador por planicidade diferencial. Os testes experimentais realizados com os controladores foram capazes de estabilizar a velocidade de rotação do sistema na zona de instabilidade, provando assim a eficácia da estratégia proposta para o freio eletrônico e assim comprovando que o presente estudo pode ser usado como uma referência na área de controle da velocidade de rotação de turbinas eólicas. / The development and growth in demand for wind energy keeps active research on the power optimization of production area of wind turbines. This work presents the modeling and control strategy to solve the instabilities in the power curves, caused by a stall problem in turbines operating at low speeds. The dissertation aims to make the dynamic modeling of a wind turbine on a reduced scale set up that is located inside a wind tunnel using the variation of an external resistor as an input signal to operate as an electronic brake, and perform tests for validation of the proposed model. The stall problem causes a jump in a certain area of operation points causing system instability, it was applied the method of linearization tangent to the correct identification of system instability zone and later applied to the system with a PID controller and a Flatness controller. The experimental tests performed with the controllers were able to stabilize the system the rotational speed of the unstable area, thus proving the effectiveness of the proposed strategy for the electronic brake and thus confirming that this study could be used as a reference in the control area the rotation speed of wind turbines.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-09-09T15:29:50Z No. of bitstreams: 1 2016_RafaelDomeniciPereiraSimões.pdf: 1335034 bytes, checksum: 2cb294116168e0b133c443517a1fcd1b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-03T16:00:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RafaelDomeniciPereiraSimões.pdf: 1335034 bytes, checksum: 2cb294116168e0b133c443517a1fcd1b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-03T16:00:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RafaelDomeniciPereiraSimões.pdf: 1335034 bytes, checksum: 2cb294116168e0b133c443517a1fcd1b (MD5) / Atualmente, a instalação submarina se tornou um tópico principal na indústria de petróleo offshore. Um dos desafios da instalação de equipamentos submarinos é o preciso posicionamento do equipamento no local desejado no leito marinho. No entanto, esse procedimento ainda é comumente realizado de forma manual por um operador. O operador desloca a embarcação de superfície considerando as imagens do equipamento submarino produzidas por um veículo operado remotamente. Sendo assim, esta operação torna-se totalmente dependente da experiência e habilidade do operador. Outra limitação é que esta operação só pode ser realizada na presença de boas condições climáticas e de visibilidade submarina. O presente manuscrito apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de trajetória para o posicionamento do equipamento submarino. O desenvolvimento deste trabalho se dará em duas etapas. Na primeira etapa, será apresentado um planejamento de trajetória para o sistema de posicionamento dinâmico (DP) da plataforma. Esse planejamento de trajetória consiste na obtenção antecipada da trajetória necessária para o sistema DP, de modo que o equipamento submarino seja deslocado de sua posição inicial até o local desejado de instalação, sem apresentar oscilação na posição final. Esse planejamento de trajetória será realizado por meio da solução analítica da equação simplificada do movimento do riser e será feito considerando a situação ideal, na qual não há perturbações externas não modeladas. Na segunda etapa deste trabalho, será apresentado o desenvolvimento de um sistema de controle para permitir a tarefa de acompanhamento de trajetória, ou seja, será desenvolvido um controlador para garantir que o equipamento submarino, de fato, siga corretamente a trajetória desejada mesmo na presença de perturbações externas não modeladas na equação governante. Assim, a instalação do equipamento submarino poderá ser realizada sem a interferência direta do operador. Este processo automatizado tende, também, a aumentar a confiabilidade e a eficiência da operação, reduzindo o seu tempo total e os riscos de dano ao equipamento submarino. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Nowadays, the subsea installation became a main topic in the offshore oil industry. One of the challenges of subsea equipment installation is the precise positioning of the equipment in the desired location on the seabed. However, this procedure is still commonly performed manually by an operator. The operator displaces the surface vessel considering the images of the subsea equipment produced by a remotely operated vehicle. Therefore, this operation becomes totally dependent on the experience and skill of the operator. Another limitation is that this operation can only be done in the presence of good weather and underwater visibility. This manuscript presents the development of a trajectory control system to the positioning of the subsea equipment. The development of this work will be done in two stages. In the first stage, will be presented a motion planning for the dynamic positioning (DP) system of the platform. This motion planning consists in the early obtaining of the trajectory needed for the DP system, so that the subsea equipment is displaced from its initial position to the desired installation point, without presenting oscillation in the final position. This motion planning will be done through the analytical solution of the simplified equation of motion of the riser and will be done considering the ideal situation, in which there is no external disturbances not modeled. In the second stage of this work, will be presented the development of a control system to allow the tracking trajectory task, that is, a controller will be developed to ensure that the subsea equipment, in fact, properly follow the desired trajectory even in the presence of external disturbances not modeled in the governing equation. Thus, the installation of the subsea equipment may be carried out without the direct interference of the operator. This automated process also tends to increase the reliability and the efficiency of the operation, reducing the total time and the risk of damage to the subsea equipment.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-05T16:24:10Z No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-30T11:17:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T11:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) Previous issue date: 2017-05-30 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento, análise e comparação de diferentes metodologias para o projeto de compensadores de heave em coluna de perfuração. Primeiramente, é apresentada uma revisão dos trabalhos já realizados, presentes na literatura. Na sequência, é apresentado um estudo da modelagem da coluna de perfuração. Continuando os estudos, uma metodologia de projeto de compensador de heave passivo é apresentada e realizada em um protótipo de pequena escala. Com o intuito de obter maiores níveis de atenuação, projetos de compensadores ativos são realizados. Assim, o estudo de observadores, estimadores e filtros, como o filtro de Kalman é desenvolvido. Três metodologias de controle ativo são apresentadas, alocação de polos, alocação de polos com rejeição de perturbação (usando planicidade diferencial) e controle robusto backstepping. Por fim, os resultados das simulações numéricas são apresentados e analisados. / This master thesis presents the development, analysis and comparison of different heave compensator methodologies for drill string. Firstly, a review of previous studies about the subject is presented. Next, is presented a study of drill string modelling. Following the studies, a methodology to design a passive heave compensator is develop and validated by using a small scale prototype. In order to obtain higher levels of attenuation, active heave compensators are designed. Hence, the study of observers, estimators and filters, such as Kalman filter is developed. Three methodologies of active controls are presented, pole placement, pole placement with disturbance rejection using flatness and backstepping robust control. Finally, numerical simulations results are presented and analysed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-12-04T11:56:58Z No. of bitstreams: 1 2014_ElizaCristinaPaivaMarcos (1).pdf: 3093688 bytes, checksum: 85520412571f0886753453d46dc59c5c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-12-18T15:52:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_ElizaCristinaPaivaMarcos (1).pdf: 3093688 bytes, checksum: 85520412571f0886753453d46dc59c5c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-18T15:52:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_ElizaCristinaPaivaMarcos (1).pdf: 3093688 bytes, checksum: 85520412571f0886753453d46dc59c5c (MD5) / Este trabalho apresenta a modelagem dinâmica de uma ponte rolante de três graus de liberdade, considerando a presença de arrasto aerodinâmico causado por ventos. Dois tipos de controle são utilizados: um baseado em linearização por realimentação dinâmica de estados via extensão dinâmica, e outro, em controle hierárquico. O sistema de realimentação dinâmica baseia-se na propriedade de planicidade diferencial (Flatness) do modelo dinâmico da ponte rolante. Já o controlador hierárquico baseia-se em sistemas singularmente perturbados e separa o sistema em duas escalas de tempo. Demonstra-se que em sistemas com planicidade diferencial (Flat Systems), todas as variáveis podem ser apresentadas em função de suas chamadas saídas planas (flat outputs) e de um número finito de derivadas no tempo das mesmas saídas. Com o planejamento da trajetória destas, é possível planejar todas as variáveis do sistema. Simulações comparativas são apresentadas, incluindo diferentes condições de carregamento, arrasto aerodinâmico e tempo de transporte. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents the dynamic modeling of a three degree-of-freedom overhead crane considering the presence of aerodynamic drag force caused by winds. Two types of control are used, one based on dynamic state feedback linearization through dynamic extension, and another based on hierarchical control. On one hand, the dynamic feedback system is based on the Flatness property of the overhead crane. On the other hand, the hierarchical controller is based on singularly perturbed systems and it separates the system into two time scales. It is shown that in differentially flat systems, all variables can be presented according to their flat outputs and according to a finite number of their time derivatives. By planning the trajectory of these outputs, all system variables can also be planned. Comparative simulations are presented, including different conditions for loading, aerodynamic drag force and travelling time.