Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Rodrigo Cardim / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Banca: Alfredo Del Sole Lordelo / Resumo: Este trabalho propõe novas estratégias de controle discreto que utilizam preditores de estados. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes aplicados em sistemas que possuem atraso no sinal de controle. As leis sugeridas são caracterizadas principalmente por sua simplicidade de implementação em dispositivos digitais e por proporcionar cálculos rápidos para gerar os sinais de controle. A motivação para essa pesquisa é devido ao amplo interesse do setor de controle e automação pelas influências dos atrasos, em suas diferentes formas, nos projetos de controle. Utiliza-se um preditor já consolidado na literatura em uma das estratégias proposta, enquanto que nas demais estratégias novos preditores são vistos com o objetivo de minimizar os efeitos degenerativos dos atrasos aos projetos. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Com o intuito de validar cada um dos controladores propostos, são apresentados resultados de simulações computacionais em um exemplo de sistema linear de ordem três, em um sistema linear que representa a suspensão ativa de um automóvel e em um sistema não linear que representa o sistema de um pêndulo invertido. No sistema de pêndulo invertido, que em malha aberta é de natureza instável, é proposto um algoritmo de detecção e acomodação automática de falha por atraso no sinal de controle. O presente trabalho mostra resultados satisfatórios mesmo com atrasos constantes e maiores que o período de amostragem, o que comprova a eficácia dos novos controladores / Abstract: This work proposes new strategies of discrete-time control using state predictors. The main focus was the Sliding Mode Control applied to systems that present delay in the control sign. The suggested control laws are characterized by their simplicity of implementation in digital devices and provide a quick procedure to generate control signals. The motivation for this research is due to the wide interest in the automation and control areas for influences of several kinds of delays, in control projects. We use a predictor widely seen in the literature of the proposed strategies, while for other predictors new strategies are adressed to minimize the degenerative effects of delay in systems. The proposed design methods can be applied to the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. In order to validate each of the proposed controllers we present results of computer simulations for an example of a linear system of third order that represents the active suspension of a vehicle and a nonlinear system which represents an inverted pendulum. In the inverted pendulum system which is of unstable nature, we propose an algorithm for automatic detection and fault accommodation for delay in the control signal. The present work shows satisfactory results even with constant delays and larger sampling period, which proves the efficiency of the new controllers / Doutor

A crescente competitividade entre as indústrias de manufatura faz com que as empresas se preocupem cada vez mais com questões relacionadas à qualidade, produtividade e redução de custo. A concorrência internacional, bastante incisiva nos setores industriais de transformação de matérias-primas é, de fato, uma questão preocupante. Para tornarem-se competitivas, as empresas precisam extrair mais produtos com uma mesma quantidade de insumos e produzir mais, em menores frações de tempo, tornando as restrições de tempo e recursos cada vez mais severas. Melhores desempenhos e processos mais eficientes podem ser obtidos por meio da automação industrial. Porém, tais projetos são normalmente desenvolvidos sem a utilização de abordagens formais e os resultados obtidos dependem, quase que exclusivamente, da experiência dos projetistas. Não é possível afirmar que um conjunto de máquinas esteja operando sem qualquer situação de bloqueio, ou ainda, que esteja produzindo da maneira mais eficiente possível, tendo-se como critério o tempo de execução das operações. Por intermédio de abordagens formais, como a Teoria de Controle Supervisório (TCS), é possível a síntese automática de supervisores, que permitem a operação de uma planta, os quais, além de atender aos requisitos de segurança, evitam que o sistema atinja uma situação de bloqueio. Este trabalho apresenta algumas extensões dessa teoria, de modo que o supervisor ótimo satisfaça também às especificações de sequenciamento de operações e de prazo de finalização de tarefas, com a abordagem de autômatos temporizados. O problema de escalonamento de tarefas, diretamente relacionado ao planejamento de produção nas indústrias, é um problema de otimização, de tal maneira que a sequência de execução das etapas seja organizada para que o tempo total de processamento seja minimizado. Nessa pesquisa, uma proposta de um método para a obtenção de escalonamento de operações, com a utilização de autômatos temporizados e conceitos da teoria de controle supervisório, é apresentada. Propõe-se um algoritmo para a obtenção de uma sequência ótima de operações, tendo-se como critério o tempo total para a finalização do processo. O método é aplicado em uma célula automatizada em uma indústria fabricante de elevadores, onde foi possível determinar o tempo mínimo de processamento de um determinado item. Por meio da pesquisa de métodos e algoritmos para a obtenção de escalonamento de tarefas em ambientes fabris, procura-se atender às necessidades estratégicas das indústrias, na busca por sistemas de manufatura cada vez mais eficientes e competitivos. / The growing competition among manufacturing industries causes companies to worry more and more with issues related to quality, productivity and cost reduction. International competition, quite incisive among raw material processing manufacturers, is actually a very concerning situation. To become more competitive, enterprises have to produce more with the same amount of raw materials, or in a shorter time, making the constraints of time and resources increasingly severe. A better performance and more efficient processes can be obtained by means of industrial automation. However, such projects are normally designed without any formal approach and the achieved results depend, more than anything else, on engineers’ expertise. It cannot be stated that a machine set is working without any deadlock situation, or is producing in the most efficient way possible, considering operations´ execution time as efficiency criteria. By means of formal approaches such as Supervisory Control Theory (SCT), it is possible to synthesize supervisors automatically, that allow a plant to operate, in a way that, not only safety requirements are fulfilled, but the system is also prevented to reach a deadlock situation. This work presents this theory and its extensions, so the optimal supervisor satisfies task scheduling requirements and job completion deadlines, by using timed automata frameworks. The job shop scheduling problem, which directly relates to manufacturers´ production planning, is an optimization problem, where all the processing steps are organized in way that the total processing time is minimized. A methodology is presented for the job shop scheduling, by means of timed automata and supervisory control theory. An algorithm for acquiring an optimal operation sequence is proposed, considering the total time needed to finalize a process as the optimization criteria. The method is applied in an automated cell in a elevator manufacturing industry, where it was possible to obtain the minimal time needed to process a certain part. Through algorithms and methods for job shop scheduling in industrial environments, it is intended to meet the manufacturers´ strategic needs, in their search for manufacturing systems that are increasingly more efficient and competitive.

A crescente competitividade entre as indústrias de manufatura faz com que as empresas se preocupem cada vez mais com questões relacionadas à qualidade, produtividade e redução de custo. A concorrência internacional, bastante incisiva nos setores industriais de transformação de matérias-primas é, de fato, uma questão preocupante. Para tornarem-se competitivas, as empresas precisam extrair mais produtos com uma mesma quantidade de insumos e produzir mais, em menores frações de tempo, tornando as restrições de tempo e recursos cada vez mais severas. Melhores desempenhos e processos mais eficientes podem ser obtidos por meio da automação industrial. Porém, tais projetos são normalmente desenvolvidos sem a utilização de abordagens formais e os resultados obtidos dependem, quase que exclusivamente, da experiência dos projetistas. Não é possível afirmar que um conjunto de máquinas esteja operando sem qualquer situação de bloqueio, ou ainda, que esteja produzindo da maneira mais eficiente possível, tendo-se como critério o tempo de execução das operações. Por intermédio de abordagens formais, como a Teoria de Controle Supervisório (TCS), é possível a síntese automática de supervisores, que permitem a operação de uma planta, os quais, além de atender aos requisitos de segurança, evitam que o sistema atinja uma situação de bloqueio. Este trabalho apresenta algumas extensões dessa teoria, de modo que o supervisor ótimo satisfaça também às especificações de sequenciamento de operações e de prazo de finalização de tarefas, com a abordagem de autômatos temporizados. O problema de escalonamento de tarefas, diretamente relacionado ao planejamento de produção nas indústrias, é um problema de otimização, de tal maneira que a sequência de execução das etapas seja organizada para que o tempo total de processamento seja minimizado. Nessa pesquisa, uma proposta de um método para a obtenção de escalonamento de operações, com a utilização de autômatos temporizados e conceitos da teoria de controle supervisório, é apresentada. Propõe-se um algoritmo para a obtenção de uma sequência ótima de operações, tendo-se como critério o tempo total para a finalização do processo. O método é aplicado em uma célula automatizada em uma indústria fabricante de elevadores, onde foi possível determinar o tempo mínimo de processamento de um determinado item. Por meio da pesquisa de métodos e algoritmos para a obtenção de escalonamento de tarefas em ambientes fabris, procura-se atender às necessidades estratégicas das indústrias, na busca por sistemas de manufatura cada vez mais eficientes e competitivos. / The growing competition among manufacturing industries causes companies to worry more and more with issues related to quality, productivity and cost reduction. International competition, quite incisive among raw material processing manufacturers, is actually a very concerning situation. To become more competitive, enterprises have to produce more with the same amount of raw materials, or in a shorter time, making the constraints of time and resources increasingly severe. A better performance and more efficient processes can be obtained by means of industrial automation. However, such projects are normally designed without any formal approach and the achieved results depend, more than anything else, on engineers’ expertise. It cannot be stated that a machine set is working without any deadlock situation, or is producing in the most efficient way possible, considering operations´ execution time as efficiency criteria. By means of formal approaches such as Supervisory Control Theory (SCT), it is possible to synthesize supervisors automatically, that allow a plant to operate, in a way that, not only safety requirements are fulfilled, but the system is also prevented to reach a deadlock situation. This work presents this theory and its extensions, so the optimal supervisor satisfies task scheduling requirements and job completion deadlines, by using timed automata frameworks. The job shop scheduling problem, which directly relates to manufacturers´ production planning, is an optimization problem, where all the processing steps are organized in way that the total processing time is minimized. A methodology is presented for the job shop scheduling, by means of timed automata and supervisory control theory. An algorithm for acquiring an optimal operation sequence is proposed, considering the total time needed to finalize a process as the optimization criteria. The method is applied in an automated cell in a elevator manufacturing industry, where it was possible to obtain the minimal time needed to process a certain part. Through algorithms and methods for job shop scheduling in industrial environments, it is intended to meet the manufacturers´ strategic needs, in their search for manufacturing systems that are increasingly more efficient and competitive.

Orientador : Amauri Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T04:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Boaventura_WallacedoCouto_D.pdf: 1878823 bytes, checksum: 97df3e94f4b5c7c7211ba0ed14e6de34 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Orientador: Euripedes Guilherme Oliveira Nobrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:51:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrandaoNeto_JoseRibeiro_M.pdf: 6021030 bytes, checksum: 7e193b8527ed83fd0f6e8dcc407d662f (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Encontra-se larga aplicação para a teoria de sistemas lineares com parâmetros concentrados e invariantes no tempo quando se estudam métodos de controle para sistemas mecânicos rotativos. Em aplicações para 'as quais existe um regime de demanda de torque variável, é preciso levar em conta o caráter não estático de alguns parâmetros do sistema, para que se possa projetar controladores que tenham seus desempenhos reais compatíveis com as características de projeto. Fazer o controle da velocidade de rotação em um caso experimental que apresenta um regime de demanda de torque variável é o objeto de estudo utilizado na elaboração deste trabalho. A partir de uma bancada mecânica rotativa, são apresentadas todas as etapas da identificação que serviu como base para o projeto de três tipos de controladores: tacométrico, polinomial e polinomial auto-sintonizável. O projeto dos controladores tinha como objetivo a obtenção de uma velocidade de rotação de saída estabilizada, sendo a avaliação do desempenho feita face a variações na demanda de torque aplicadas aos sistemas controlados. Em especial, deu-se atenção à implementação do método polinomial autosintonizável. A estratégia adaptativa resultou na atuação dentro dos limites desejados, enquanto o sistema era submetido a uma demanda de torque variável. Os resultados experimentais obtidos com um sistema reduzido, somados às simulações com o sistema completo, permitem dizer que controladores auto-sintonizáveis são uma melhoria viável para. controle de sistemas rotativos / Abstract: The theory for time-invariant lumped parameter linear systems (LTI) stands as the basis for control methods applied to rotating mechanical systems. There are some situations, however, for which there is a variable torque load, as in belt conveyors or rolling mills, for example. For those cases it is necessary to design controllers which take into account the nonstationary features of the system, for the real controller performance to cope with the design characteristics. Although feasible in theory and simulation, in the implementation of control schemes which deal with non-LTI systems there are some other constraints involved, as, for instance, the gap between the necessary and the available instrumentation for the real controller to perform as desired. For an experimental case consisting of a rotating system subject to torque load fluctuations, it is presented in this work three rotation regulation control schemes: tachometric, polynomial and self-tuning polynomial. Special attention was given to self-tuning polynomial controllers. The basis for the controller design is the identification of mechanical setup, also developed in the texto The control goal was to regulate the output rotation speed, and the performance index was chosen to be the controlled system output when subjected to torque load variation. The result of the implemented adaptive scheme shows the regulator action to keep the output within the desired levels as the load varies. From alI results, inc1udingthe ones for a reduced experimental system, it is possible to foresee the self-tuning scheme as a feasible improvement for rotating systems' controllers / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T21:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Georgini_JoaoMarcelo_M.pdf: 14985263 bytes, checksum: ee7789e674343d6bf01b264ee83a0d72 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho aborda os aspectos referentes à descrição e implementação de sistemas automatizados de produção. São apresentados norma para descrição de sistemas seqüenciais (SFC -Sequential Function Chart) e equipamentos industriais para controle (PLC ¿ Controlador Lógico Programável e Sistema Supervisório), visando a implementação de sistemas automatizados através de um modelo consistente que garanta conectividade e flexibilidade. Os conceitos apresentados são validados através de um exemplo de aplicação industrial, utilizando a Plataforma Industrial para Pesquisa, Ensino e Formação em Automação (PIPEFA), representando um sistema automatizado de produção composto por postos operacionais controlados por PLC e Sistema Supervisório. A apresentação didática desses elementos proporcionou a elaboração de uma referência bibliográfica para utilização acadêmica e industrial / Abstract: This work approaches the aspects relative to description and implementation of automated manufacturing systems. Intemational Standard for description of sequential systems (SFC - Sequential Function Chart) and industrial equipment for controlling (PLC ¿ Programmable Logical Controller and SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition) are described aiming the implementation of automated systems based on consistent modei, allowing connectivity and flexibility. Approached concepts are validated through an industrial application example, under Industrial Platform to the Research, Education and Formation in Automation (PIPEFA - Plataforma Industrial para Pesquisa, Ensino e Formação em Automação), that represents an automated manufacturing system with manufacturer cells controlled by PLC and SCADA. Didactic presentation of these elements originated a bibliographical reference for academic and industrial use / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Mauro Hugo Mathias / Banca: Mauro Pedro Peres / Banca: Luis Fernando Almeida / Banca: Cesar da Costa / Banca: Cicero da Rocha Souto / Resumo: Os sinais de vibrações de máquinas rotativas conduzem a informações dinâmicas da máquina e esta análise é de grande importância no que diz respeito ao monitoramento de condição e diagnósticos de máquinas. Vários métodos de análises têm sido empregados no sentido de diagnosticar falhas em componentes de máquinas tais como engrenagens, rolamentos, dentre outros. Este trabalho apresenta uma análise sobre detecção de falhas em rolamentos de máquinas rotativas, e para esta apreciação utilizou-se os bancos de dados da CASE WESTERN RESERV UNIVERSITY e o banco de dados da FEG/UNESP. O objetivo principal deste trabalho foi a implementação de técnicas avançadas para identificar e caracterizar as falhas que são geradas em rolamentos, vislumbrando o aprimoramento da manutenção baseada na condição. Inicialmente, realizou-se a implementação e simulação no banco de dados da (CWRU), utilizando o software MATLAB e por meio da técnica de ressonância de alta frequência (HFRT), obteve-se resultados satisfatórios, entretanto esta metodologia é limitada uma vez que ela é empregada apenas para regime estacionário. A implementação da técnica HFRT não identificou em alguns casos a frequências para caracterização dos defeitos nas pistas dos rolamentos. Em seguida, utilizou-se a técnica Short Time Fourier Transform-STFT. A implementação proporcionou uma análise bem mais sensível aos impactos gerados nas pistas, pois, com a utilização da STFT, foi possível identificar as frequências características de d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The vibration signals from rotating machines provide a set of dynamic information, which are very important for continuous condition monitoring of machinery. Several analytical methods have been employed in order to diagnose faults in machines components such as gears, bearings and others. This paper presents a fault detection analysis of rotating machinery bearings, using data from CASE WESTERN UNIVERSITY RESERVOIR and the FEG / UNESP database. The main objective of this work is the implementation of advanced techniques to identify and characterize bearing failures, with the purpose to improve maintenance under working conditions. At first, the implementation and simulation were done with data extracted from the database of (CWRU) using MATLAB software and high-frequency resonance technique (HFRT), which led to satisfactory results. However, this technique is limited since it is used only in a stationary regime. In some cases, the implementation of HFRT technique was not able to identify the defect frequencies of the bearing's races. Next the STFT Short-Time Fourier Transform technique was used. Its implementation provided a much more sensitive analysis of the impacts on the slopes; using STFT allowed to identify the characteristic defect frequencies. For comparison purposes, the wavelet technique combined with the envelope technique were used. This analysis was applied using Daubechies Wavelet of order 4 (DB4). In its implementation, a defective bearing signal was decompose... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.

Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T10:48:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_EmersondosSantos_M.pdf: 5032969 bytes, checksum: 9aeefffb066e5bc98604e54f765cdb0d (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Atualmente devido o aumento da competitividade no meio industrial, a automação é uma das soluções utilizadas para se obter flexibilidade e produtos de alta qualidade. Neste trabalho serão apresentadas ferramentas que permitirão a modelagem e descrição da Parte Operativa e Parte Comando de um Sistema Automatizado de Produção, através do diagrama funcional GRAFCET (SFC). Este conceitos serão aplicados nos diversos postos integrantes de uma Plataforma Industrial em Automação, implementada na UNICAMP dentro de um projeto de cooperação científica, cujo o objetivo principal é a implementação e desenvolvimento de métodos e ferramentas para automação das PME's / Abstract: Nowadays due the increase of competitive in industries, the automation is one of the solutions to reach flexibility and products of high quality. In this work will describe the concepts the that will allow the modeling and description of the operative and command parts of Manufacturing Automation System, using the GRAFCET (SFC) diagram functional. This ideas will be applied at several posts of the Industrial Platform in Automation, implemented at UNICAMP into a project of scientific cooperation. The aim objective of the platform is development of methods and tools for automation of small and middle size enterprises / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica