Along with the increasing scale of the power system and stressed operation in the transmission network, the stability margin is reduced considerably. As a traditional solution, the constructions of new transmission lines and generators sometimes are constrained by local environmental and regulatory constraints. Another characteristic of a modern network is the higher number of transmission inter-connections which appear in the large-scale power system. As an economic benefit, inter-connection can reduce the cost of electricity and enhance system reliability [1]. Those inter-connected tie lines are operated normally under heavy flow to maximize the usage benefit. This characteristic contributes to the complexity of operating and controlling the system. In recent years, along with the development of power electronic devices, the Flexible AC Transmission Systems (FACTS) has been used in the system as an alternative solution. It can maximize the usage benefit of the HV transmission line and make the large-scale power system more controllable. By using FACTS devices, the system can survive serious system contingencies with real-time control action, instead of providing a large steady state stability margin. Therefore, the system transfer capacity can be significantly increased. Electromechanical oscillations are observed in today's power system; such oscillations are recognized as a major concern in power system operation. Once begun, the oscillations may continue for a while before being halted by the damping torque from the system, or they may continue to grow (inadequate damping) and eventually cause system instability by losing synchronicity. The traditional and widely applied solution for oscillation damping is the Power System Stabilizer (PSS), which is efficient in damping local mode oscillation and inter-area oscillation in certain conditions. In recent years, research and development of the application of FACTS devices in suppressing system oscillations, especially for inter-area mode oscillation damping, has attracted increasing interest [1]. The primary objective of this thesis is to design robust FACTS controllers for enhancing power system dynamic stability by damping low frequency electromechanical oscillations. Recently, various nonlinear control techniques have been applied in power system control. The performance of nonlinear controllers is influenced by the parameter uncertainty and external disturbance. This thesis will present a novel approach of a robust Variable Structure Control (VSC)-based FACTS controller for damping multi-mode oscillations. Robust performances of the proposed controllers in different power systems are demonstrated by computer simulation.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. / This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. / This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. / This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

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Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo entre quatro controladores H não lineares aplicados a um manipulador robótico com restrições de força e posição. Para estudar o comportamento de cada controlador as seguintes estratégias foram adotadas: (1) o modelo nominal do robô é considerado conhecido e são utilizadas técnicas inteligentes para estimar incertezas paramétricas, dinâmicas não modeladas e distúrbios externos; (2) O modelo do sistema é considerado completamente desconhecido e as técnicas inteligentes são utilizadas para estimar o modelo completo. As técnicas inteligentes utilizadas são baseadas em redes neurais e lógica fuzzy. Resultados experimentais baseados em um manipulador planar de três juntas rotacionais são apresentados, sendo que as restrições de posicionamento e forças são referentes ao movimento sobre uma linha reta. Ainda neste projeto é desenvolvido um sensor para medição de forças e momentos em três eixos ortogonais, sendo este sensor o dispositivo utilizado para fornecer informações necessárias para o controle do manipulador robótico com restrições / In this work, we present a comparative study among four H nonlinear controllers applied to a manipulator subject to position and force constraints. In order to study the behavior of each controller the following strategies have been adopted: (1) the nominal model of the robot is considered known and intelligent techniques are used to estimate parametric uncertainties, nonmodeled dynamics and external disturbances; (2) the system model is considered completely unknown and intelligent techniques are used to estimate the complete model. The intelligent techniques considered are based on neural networks and fuzzy logic. Experimental results based on a planar manipulator with three rotational joints are presented where position and force constraints refer to a movement on a straight line. To perform these experiments we developed a sensor to measure forces and moments in three orthogonal axes

Submitted by Lucas Mangili Esteves null (lucas82031@aluno.feis.unesp.br) on 2017-02-09T18:36:57Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Lucas_final.pdf: 3159641 bytes, checksum: 2ee0f12201f163a9442f08759eb6e685 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-14T16:49:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 esteves_lm_me_ilha.pdf: 3159641 bytes, checksum: 2ee0f12201f163a9442f08759eb6e685 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T16:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 esteves_lm_me_ilha.pdf: 3159641 bytes, checksum: 2ee0f12201f163a9442f08759eb6e685 (MD5) Previous issue date: 2017-01-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma análise do motor de indução trifásico (MIT), que é um dos motores mais utilizados em aplicações industriais, e de diferentes metodologias de controle de velocidade aplicadas para este tipo de motor. A princípio realizou-se um estudo do funcionamento do MIT sem nenhum tipo de controle, para somente depois analisar-se tanto técnicas clássicas e já bastante difundidas no controle deste tipo de máquina como também um tipo específico de controlador robusto, a fim de utilizá-lo para substituir os controladores clássicos na intenção de obter-se um desempenho superior. O controlador robusto escolhido foi do tipo com Estrutura Variável e Modos Deslizantes (CEV-MD). Este trabalho foca no estudo do Controle Vetorial Indireto com Orientação sobre o Fluxo do Rotor, sendo utilizados juntamente deste método um controlador clássico (do tipo PI, Proporcional Integral) e o controlador robusto projetado (do tipo CEV-MD), no intuito de realizar-se uma comparação entre o desempenho dos dois controladores mediante diferentes condições de operação, incluindo-se variação de parâmetros do motor e falhas de queda de tensão nos terminais da máquina. Todos os estudos e projetos resultaram em um conjunto de simulações no ambiente MATLAB/Simulink, a partir das quais constatou-se que o controlador robusto projetado apresentou um desempenho um pouco superior ao do PI, tanto no controle da velocidade quanto em relação a tolerar as falhas de queda de tensão. / This paper presents a three phase induction motor analysis, one of the most used machines in industries applications, and also shows different speed control methods for this kind of machine. At first a study about the IM (induction motor) was made without any control technique, and then an analysis of the classic and well known methods is presented, as well as an analysis of a robust controller, in order to replace the classic controllers by this one and achieve better performance. The chosen robust controller was a Variable Structure Controller with Sliding Mode. This paper focus is the study of the Indirect Vector Control with Rotor Orientation, which was used along a classic controller (PI – Proportional Integral) and the above proposed robust controller, in order to make a balance between both considering several operational conditions, including parameters variation and a particular fault (voltage drops on the motor terminals). All the analysis culminated in a set of simulations on the MATLAB/Simulink ambient, from which it was observed that the proposed robust controller showed a better performance than the PI, both on the speed control and the voltage drops faults tolerance.