Este trabalho apresenta todo um projeto de um sistema de supervisão e controle de um trocador de calor, desde os ensaios experimentais para a elaboração de um modelo matemático até a implementação do sistema de controle e supervisão em microcomputador. O sistema implementado consiste de um software didático e um sistema de aquisição de dados que irão realizar a supervisão e controle de um trocador de calor tipo casco e tubos. Neste software didático é possível implementar o controle PID e suas variações PI-D e I-PD além de permitir a implementação do sistema de controle adaptativo estrutura gain scheduling o qual muda os parâmetros de um controle PID de acordo com a mudança da dinâmica do trocador de calor. Como o trocador de calor apresenta um tempo morto em sua dinâmica, então optou-se por adicionar ao software didático um controle com algoritmo preditivo estrutura Preditor de Smith desta forma é possível realizar ensaios com e sem o algoritmo preditivo para uma comparação de resultados. Este sistema de supervisão e controle do trocador de calor poderá ser usado como ferramenta didática para alunos de diversos cursos, onde é possível realizar ensaios de diferentes estruturas de controle para posterior comparação e estudo de seus resultados. Resultados práticos de todas as estruturas de controle que o software implementa são apresentados e comparados neste trabalho. / This work presents thorough a supervision and control system project of a heat exchanger, from the experimental tests for the mathematical model rising to the control system implementation and supervision in a microcomputer. The implemented system consists of didactic software and a data acquisition system that will perform the supervision and control of a heat exchanger shell and tube type. In this didactic software it is possible to implement the PID control and its variations PI-D and I-PD besides allowing the implementation of the adaptive control system gain scheduling structure, which changes the PID control parameters according to the changes of the heat exchanger dynamics. As the heat exchanger presents dead time on its dynamics, it was opted to add to the didactic software a control with Smith Predictor structure predictive algorithm, thus it is possible to perform tests with and without the predictive algorithm for result comparison. This supervision and control system of the heat exchanger will be able to be used as a didactic tool for students from several courses, where it is possible to perform tests with different control structures to further comparison and study of its results. Pratical results of all the control structures that the software implements are presented and compared in this work.

As atividades sócio-econômicas vêm provocando alterações nocivas ao meio ambiente que atualmente assumem proporções mundiais. Graças à maciça utilização de combustíveis fósseis para a geração de energia e às crescentes práticas de desmatamento e queimadas das florestas, a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vem aumentando drasticamente. Como este gás é o principal responsável pelo efeito estufa, ele tem grande importância nos estudos e na mitigação do aquecimento global. Para justificar o seqüestro de carbono como um dos caminhos para ajudar na solução deste problema, muitos estudos vêm sendo realizados para avaliar os efeitos nas plantas de uma maior concentração desse gás. As câmaras de topo aberto (OTC, do inglês, open top chambers) são estruturas propícias para tais estudos, pois permitem o controle da concentração de CO2 interno sem que outros fatores climáticos como temperatura, umidade e luminosidade sejam demasiadamente alterados. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema para controlar o nível de CO2 no interior de uma OTC. Em termos de instrumentação eletrônica, foram instalados um sensor de CO2 e uma válvula proporcional, integrados a uma placa de aquisição de dados. Um modelo linear relacionando o CO2 na câmara ao sinal elétrico aplicado à válvula proporcional foi obtido aplicando-se técnicas de Identificação de Sistemas aos dados experimentais coletados com o processo operando em malha aberta. Este modelo foi utilizado no projeto de um controlador com compensação de tempo morto, baseado na estrutura de um preditor de Smith. O desempenho do sistema projetado foi analisado através de simulações, antes de implementá-lo na forma de um instrumento virtual. Os testes mostraram que o sistema manteve a concentração de CO2 na câmara próxima do valor de referência (720 ± 35 ppm) mesmo diante de distúrbios externos criados propositadamente durante os ensaios. / The harmful changes to the environment caused by socio-economic activities are now spread worldwide. Due to the massive use of fossil fuels for energy generation, to the increase in deforestation and forest burning, the carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere has drastically increased. As this gas is the main responsible for the greenhouse effect, it has great importance for the studies and the mitigation of global warming. In order to justify carbon sequestration as an alternative to help solve this problem, many studies have been conducted to evaluate the effect of a greater concentration of this gas on plants. Open-top chambers (OTCs) are well suited for such studies, because they allow the control of the internal CO2 concentration without significantly modifying other environmental factors such as temperature, humidity and luminosity. This work aimed to develop a system to control the CO2 level inside an OTC. In terms of electronic instrumentation, a CO2 sensor and a proportional valve, integrated to a data acquisition board, were used. A linear model relating CO2 in the chamber to the electric signal applied to the proportional valve was obtained applying System Identification techniques to the experimental data collected from the process operating in open-loop mode. This model was used in the project of a controller with dead time compensation, based on the Smith Predictor structure. The performance of the projected system was analyzed through simulations, before implementing it in the form of a virtual instrument. The tests showed that the system kept the CO2 concentration of the chamber near the set-point (720 ± 35 ppm) even in the presence of external disturbances purposely created during the experiments.

As atividades sócio-econômicas vêm provocando alterações nocivas ao meio ambiente que atualmente assumem proporções mundiais. Graças à maciça utilização de combustíveis fósseis para a geração de energia e às crescentes práticas de desmatamento e queimadas das florestas, a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vem aumentando drasticamente. Como este gás é o principal responsável pelo efeito estufa, ele tem grande importância nos estudos e na mitigação do aquecimento global. Para justificar o seqüestro de carbono como um dos caminhos para ajudar na solução deste problema, muitos estudos vêm sendo realizados para avaliar os efeitos nas plantas de uma maior concentração desse gás. As câmaras de topo aberto (OTC, do inglês, open top chambers) são estruturas propícias para tais estudos, pois permitem o controle da concentração de CO2 interno sem que outros fatores climáticos como temperatura, umidade e luminosidade sejam demasiadamente alterados. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema para controlar o nível de CO2 no interior de uma OTC. Em termos de instrumentação eletrônica, foram instalados um sensor de CO2 e uma válvula proporcional, integrados a uma placa de aquisição de dados. Um modelo linear relacionando o CO2 na câmara ao sinal elétrico aplicado à válvula proporcional foi obtido aplicando-se técnicas de Identificação de Sistemas aos dados experimentais coletados com o processo operando em malha aberta. Este modelo foi utilizado no projeto de um controlador com compensação de tempo morto, baseado na estrutura de um preditor de Smith. O desempenho do sistema projetado foi analisado através de simulações, antes de implementá-lo na forma de um instrumento virtual. Os testes mostraram que o sistema manteve a concentração de CO2 na câmara próxima do valor de referência (720 ± 35 ppm) mesmo diante de distúrbios externos criados propositadamente durante os ensaios. / The harmful changes to the environment caused by socio-economic activities are now spread worldwide. Due to the massive use of fossil fuels for energy generation, to the increase in deforestation and forest burning, the carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere has drastically increased. As this gas is the main responsible for the greenhouse effect, it has great importance for the studies and the mitigation of global warming. In order to justify carbon sequestration as an alternative to help solve this problem, many studies have been conducted to evaluate the effect of a greater concentration of this gas on plants. Open-top chambers (OTCs) are well suited for such studies, because they allow the control of the internal CO2 concentration without significantly modifying other environmental factors such as temperature, humidity and luminosity. This work aimed to develop a system to control the CO2 level inside an OTC. In terms of electronic instrumentation, a CO2 sensor and a proportional valve, integrated to a data acquisition board, were used. A linear model relating CO2 in the chamber to the electric signal applied to the proportional valve was obtained applying System Identification techniques to the experimental data collected from the process operating in open-loop mode. This model was used in the project of a controller with dead time compensation, based on the Smith Predictor structure. The performance of the projected system was analyzed through simulations, before implementing it in the form of a virtual instrument. The tests showed that the system kept the CO2 concentration of the chamber near the set-point (720 ± 35 ppm) even in the presence of external disturbances purposely created during the experiments.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-04-03T19:47:15Z No. of bitstreams: 1 CarlosDeyvinsonRegesBessa_DISSERT.pdf: 1836128 bytes, checksum: 011b308c5bf1f343af8959cc6d45f0b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-04-06T19:10:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CarlosDeyvinsonRegesBessa_DISSERT.pdf: 1836128 bytes, checksum: 011b308c5bf1f343af8959cc6d45f0b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-06T19:10:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosDeyvinsonRegesBessa_DISSERT.pdf: 1836128 bytes, checksum: 011b308c5bf1f343af8959cc6d45f0b6 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Este trabalho tem como enfoque as dificuldades envolvidas em controlar sistemas de or-dem superior com atraso de transporte, onde a solu??o adotada para amenizar o efeito cau-sado pelo atraso ? a utiliza??o de um algoritmo de predi??o, composto pelas t?cnicas do Preditor de Smith e do Preditor de Smith Filtrado. Analisando os casos em que o modelo do sistema usado no algoritmo de predi??o n?o ? id?ntico ao real, foi poss?vel constatar a presen?a de erro na din?mica do sistema. Este erro pode amplificar o esfor?o de controle e o desgaste prematuro dos equipamentos envolvidos, levando em alguns casos a desestabili-zar o sistema. Diante disto, foi proposto o desenvolvimento de um sistema capaz de tratar as incertezas decorrentes da diferen?a entre o modelo e o sistema real, reduzindo o efeito do atraso de transporte sobre o sistema de controle. Como resultado foi gerada uma ferra-menta, que atua de forma aceit?vel para os casos testados, ajustando o modelo do processo e, consequentemente, melhorando a compensa??o de tempo morto. / This work considers the difficulties involved in the control of higher order systems with transport delay, where the solution adopted to mitigate the effect caused by the delay is the use of a prediction algorithm composed of the Smith Predictor techniques and Filtered Smith Predictor. Analyzing the cases where the system model used in the prediction algo-rithm is not identical to the real system, the presence of error in the system dynamics was observed. This error may amplify the control effort and cause premature wear of the equipment involved, in some cases leading the system to instability. In this manner, the development of a tool to treat uncertainties originated from the difference between the sys-tem model and the real system, thereby reducing the effect of transmission delay of the control system, has been proposed. A software to adjust the process model and thus im-prove the dead time compensation was implemented.

Este trabalho apresenta todo um projeto de um sistema de supervisão e controle de um trocador de calor, desde os ensaios experimentais para a elaboração de um modelo matemático até a implementação do sistema de controle e supervisão em microcomputador. O sistema implementado consiste de um software didático e um sistema de aquisição de dados que irão realizar a supervisão e controle de um trocador de calor tipo casco e tubos. Neste software didático é possível implementar o controle PID e suas variações PI-D e I-PD além de permitir a implementação do sistema de controle adaptativo estrutura gain scheduling o qual muda os parâmetros de um controle PID de acordo com a mudança da dinâmica do trocador de calor. Como o trocador de calor apresenta um tempo morto em sua dinâmica, então optou-se por adicionar ao software didático um controle com algoritmo preditivo estrutura Preditor de Smith desta forma é possível realizar ensaios com e sem o algoritmo preditivo para uma comparação de resultados. Este sistema de supervisão e controle do trocador de calor poderá ser usado como ferramenta didática para alunos de diversos cursos, onde é possível realizar ensaios de diferentes estruturas de controle para posterior comparação e estudo de seus resultados. Resultados práticos de todas as estruturas de controle que o software implementa são apresentados e comparados neste trabalho. / This work presents thorough a supervision and control system project of a heat exchanger, from the experimental tests for the mathematical model rising to the control system implementation and supervision in a microcomputer. The implemented system consists of didactic software and a data acquisition system that will perform the supervision and control of a heat exchanger shell and tube type. In this didactic software it is possible to implement the PID control and its variations PI-D and I-PD besides allowing the implementation of the adaptive control system gain scheduling structure, which changes the PID control parameters according to the changes of the heat exchanger dynamics. As the heat exchanger presents dead time on its dynamics, it was opted to add to the didactic software a control with Smith Predictor structure predictive algorithm, thus it is possible to perform tests with and without the predictive algorithm for result comparison. This supervision and control system of the heat exchanger will be able to be used as a didactic tool for students from several courses, where it is possible to perform tests with different control structures to further comparison and study of its results. Pratical results of all the control structures that the software implements are presented and compared in this work.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de controle com compensação de tempo morto aplicado a um ventilador para simular os efeitos do vento em modelos de embarcações. O sistema é instalado no tanque de provas do Departamento de Engenharia Naval da Escola Politécnica da USP. Um sistema de controle baseado em computador é elaborado para a realização dos testes e validação, procedendo-se inicialmente a identificação do sistema a ser controlado. Na malha de controle, o sinal de referência é a velocidade do vento desejada em uma distância pré-definida do ventilador e pode ser tanto um valor constante (representando um vento constante) ou um valor variante no tempo (representando uma rajada de vento). O sistema atuador consiste de um inversor de frequência que aciona o ventilador e a velocidade do vento é medida por um anemômetro, cujo sinal é usado como realimentação para o controlador. A sintonia da malha é realizada pelo método do modelo interno (IMC) e o efeito do tempo morto é observado nos testes, aplicando-se o compensador baseado no Preditor de Smith para minimizá-lo. Pelos resultados dos ensaios, conclui-se que o Preditor de Smith melhora o desempenho do sistema de geração de vento. / This paper describes the development of a control system with dead time compensation applied to a fan to simulate wind effects in models of vessels. The system is installed on the academic towing tank of the Naval Architecture and Oceanic Engineering Department of the University of São Paulo. A control system based on computer is designed for testing and validation, proceeding initially to identify the system to be controlled. In the control loop, the set-point is the desired speed of the wind on a pre-defined distance from the fan and it can be either a constant value (representing a constant wind) or a time-varying value (representing a wind gust). The actuator system consists of a frequency-inverter that drives the fan and the wind speed is measured by an anemometer, whose signal is used as feedback to the controller. The tuning of the controller is made by the internal model control (IMC) and the effect of dead time is observed in the tests, applying the compensator based on Smith Predictor to minimize it. Through the results from the tests, it was concluded that the Smith Predictor improves the performance of the wind generation system.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HumbertoAS_DISSERT.pdf: 1011716 bytes, checksum: 2b872372fd085e114502d8002132d6ba (MD5) Previous issue date: 2010-03-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Postsurgical complication of hypertension may occur in cardiac patients. To decrease the chances of complication it is necessary to reduce elevated blood pressure as soon as possible. Continuous infusion of vasodilator drugs, such as sodium nitroprusside (Nipride), would quickly lower the blood pressure in most patients. However, each patient has a different sensitivity to infusion of Nipride. The parameters and the time delays of the system are initially unknown. Moreover, the parameters of the transfer function associated with a particular patient are time varying. the objective of the study is to develop a procedure for blood pressure control i the presence of uncertainty of parameters and considerable time delays. So, a methodology was developed multi-model, and for each such model a Preditive Controller can be a priori designed. An adaptive mechanism is then needed for deciding which controller should be dominant for a given plant / Em muitos procedimentos cir?rgicos existe a necessidade de realizar o controle da press?o arterial para, com isto, preservar a sa?de do paciente. Para diminuir as chances de uma complica??o, ? necess?rio reduzir a press?o arterial o mais r?pido poss?vel. A infus?o cont?nua de drogas vasodilatadoras, como o nitroprussiato de s?dio (NPS), reduz rapidamente a press?o arterial na maioria dos pacientes. Por?m, cada paciente tem uma sensibilidade diferente a infus?o do NPS, o que faz com que os par?metros e os atrasos do sistema sejam desconhecidos a priori. Al?m disso, os par?metros de uma fun??o de transfer?ncia associados ? um paciente particular s?o variantes no tempo. Desta forma, o objetivo do trabalho consiste em desenvolver uma metodologia capaz de controlar de forma autom?tica a press?o arterial na presen?a de incertezas de par?metros e de grandes atrasos. Para isso foi desenvolvida uma metodologia multi-modelo, onde para cada modelo existe um Controlador Preditivo especificamente sintonizado, e um mecanismo adaptativo decide qual controlador deve ser o dominante para uma determinada planta

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de controle com compensação de tempo morto aplicado a um ventilador para simular os efeitos do vento em modelos de embarcações. O sistema é instalado no tanque de provas do Departamento de Engenharia Naval da Escola Politécnica da USP. Um sistema de controle baseado em computador é elaborado para a realização dos testes e validação, procedendo-se inicialmente a identificação do sistema a ser controlado. Na malha de controle, o sinal de referência é a velocidade do vento desejada em uma distância pré-definida do ventilador e pode ser tanto um valor constante (representando um vento constante) ou um valor variante no tempo (representando uma rajada de vento). O sistema atuador consiste de um inversor de frequência que aciona o ventilador e a velocidade do vento é medida por um anemômetro, cujo sinal é usado como realimentação para o controlador. A sintonia da malha é realizada pelo método do modelo interno (IMC) e o efeito do tempo morto é observado nos testes, aplicando-se o compensador baseado no Preditor de Smith para minimizá-lo. Pelos resultados dos ensaios, conclui-se que o Preditor de Smith melhora o desempenho do sistema de geração de vento. / This paper describes the development of a control system with dead time compensation applied to a fan to simulate wind effects in models of vessels. The system is installed on the academic towing tank of the Naval Architecture and Oceanic Engineering Department of the University of São Paulo. A control system based on computer is designed for testing and validation, proceeding initially to identify the system to be controlled. In the control loop, the set-point is the desired speed of the wind on a pre-defined distance from the fan and it can be either a constant value (representing a constant wind) or a time-varying value (representing a wind gust). The actuator system consists of a frequency-inverter that drives the fan and the wind speed is measured by an anemometer, whose signal is used as feedback to the controller. The tuning of the controller is made by the internal model control (IMC) and the effect of dead time is observed in the tests, applying the compensator based on Smith Predictor to minimize it. Through the results from the tests, it was concluded that the Smith Predictor improves the performance of the wind generation system.