Neste trabalho, foi investigada a influência de alguns agentes controladores de processo (ACP), a saber: ácido esteárico, etanol, metanol e ciclohexano, na ativação mecânica de misturas de pós de 25% at. de nióbio e 75% at. de alumínio (correspondente à estequiometria do composto intermetálico NbAl3), com posterior reação de combustão. Os agentes foram adicionados à mistura em questão com o intuito de estabelecer um equilíbrio entre os eventos de soldagem e fratura durante o processamento em moinho de alta energia SPEX® 8000. A influência das variáveis (tipo e quantidade) relativas aos ACPs na densidade relativa das pastilhas reagidas de NbAl3 foram avaliadas mediante a elaboração de planejamentos de experimentos, do tipo composto central para dois fatores, para cada agente. Foi possível construir modelos empíricos para os ACPs ácido esteárico, metanol e ciclohexano, capazes de relacionar numericamente as variáveis (tempo de moagem e quantidade de ACP) investigadas em cada planejamento e indicar a melhor condição para se obter a otimização da resposta avaliada. Os resultados das análises de distribuição granulométrica e a caracterização microestrutural por microscopia eletrônica de varredura permitiram avaliar os efeitos dos agentes na distribuição do tamanho de partículas e na formação dos agregados de Nb/Al. A influência dos ACPs na evolução da reação de combustão foi avaliada mediante a análise das temperaturas de ignição registradas durante o processo. A espectroscopia no infravermelho possibilitou sugerir um mecanismo para a atuação do ácido esteárico e dos álcoois (etanol e metanol) com os pós metálicos durante a moagem. Constatou-se que os agentes afetam de forma significativa o processo de ativação mecânica, resultando em diferentes resultados de densidade relativa. Essa influência depende do tempo de moagem adotado. Os efeitos mais pronunciados na cinética de moagem e as maiores densidades relativas para o NbAl3 foram obtidos com o uso dos agentes ácido esteárico e etanol. / In this work, the influence of some process control agents (stearic acid, ethanol, methanol and cyclohexane) in the mechanical activation of powder mixtures of 25% at. niobium and 75% at. aluminum (stoichiometry of the intermetallic compound NbAl3) followed by combustion synthesis reaction, was investigated. The process control agents (PCA) were added to the mixtures to establish a balance between welding and fracture of powder particles during high energy ball milling in SPEX® 8000. The influence of PCAs variables (type and quantity) in NbAl3 bulk densities was evaluated by central composites experimental designs elaborated for each PCA. It was possible to construct empirical models for stearic acid, methanol and cyclohexane. These models were able to establish the relationship between the investigated variables (milling time and quantity of PCA) and to indicate the better conditions to optimize the response. Particle size and SEM microstructural analysis allowed evaluating the effects of PCAs on size distribution and formation of Nb/Al aggregates. The influence of PCAs on the combustion reaction was evaluated by recording the thermal profiles of the pellets during the process. From the results of the infrared spectroscopy analysis it was possible to suggest a mechanism for the behavior of stearic acid and alcohols (ethanol and methanol) with metallic powders during milling. It was verified that PCAs affect significantly the mechanical activation process, resulting in NbAl3 pellets with different bulk densities. This influence depends on the milling time utilized. The more pronounced effects in the milling kinetic and major densities were produced with stearic acid and ethanol agents.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoGFJ.pdf: 2262425 bytes, checksum: 03d70ce4ca2d284516ec0c9c15922fbf (MD5) Previous issue date: 2006-02-17 / The present work has as objective to present a method of project and implementation of controllers PID, based on industrial instrumentation. An automatic system of auto-tunning of controllers PID will be presented, for systems of first and second order. The software presented in this work is applied in controlled plants by PID controllers implemented in a CLP. Software is applied to make the auto-tunning of the parameters of controller PID of plants that need this tunning. Software presents two stages, the first one is the stage of identification of the system using the least square recursive algorithm and the second is the stage of project of the parameters of controller PID using the root locus algorithm. An important fact of this work is the use of industrial instrumentation for the accomplishment of the experiments. The experiments had been carried through in controlled real plants for controllers PID implemented in the CLP. Thus has not only one resulted obtained with theoreticians experiments made with computational programs, and yes resulted obtained of real systems. The experiments had shown good results gotten with developed software / O presente trabalho tem como objetivo apresentar um m?todo de projeto e implementa??o de controladores PID, baseado em instrumenta??o industrial. Ser? apresentado um sistema autom?tico de re-sintonia de controladores PID, para sistemas de primeira e segunda ordem. O software apresentado neste trabalho ? aplicado em plantas controladas por controladores PID implementados num CLP. O software ? aplicado para fazer a auto-sintonia dos par?metros do controlador PID de plantas que necessitem desta sintonia. O software apresenta duas etapas, a primeira ? a etapa de identifica??o do sistema utilizando o algoritmo dos m?nimos quadrados recursivos e a segunda ? a etapa de projeto dos par?metros do controlador PID utilizando o algoritmo do m?todo do lugar das ra?zes. Um fato importante deste trabalho ? a utiliza??o de instrumenta??o industrial para a realiza??o dos experimentos. Os experimentos foram realizados em plantas reais controladas por controladores PID implementados em um CLP. Assim n?o se tem apenas resultados te?ricos obtidos de experimentos feitos com programas computacionais, e sim resultados obtidos de sistemas reais. Os experimentos mostraram bons resultados obtidos com o software desenvolvido

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta a proposta e análise de um Inversor Ponte Completa Bidirecional (IPCB) aplicado a microrredes CC (corrente contínua) no que tange ao seu desempenho na injeção de potência ativa na rede em corrente alternada (CA) e à regulação da tensão no barramento CC diante das inerentes intermitências observadas em geradores fotovoltaicos, as quais não devem provocar distúrbios nas cargas conectadas à Microrrede CC. A estratégia de controle digital é implementada a partir de um DSP (Digital Signal Processor) contando com um controlador do tipo Proporcional Ressonante (P+Res) aliado a um controle corretor de componentes harmônicas de ordem 3, 5 e 7 da corrente imposta na rede elétrica para os dois modos de operação do sistema, o que possibilita a adequação da qualidade de energia às normas internacionais IEEE 1547 (injeção) e IEC 61.000-3-2 (retificação). Por fim, faz-se a análise qualitativa e quantitativa do sistema proposto contendo ainda as especificações de projeto além dos resultados de simulação e experimentais obtidos com a construção de um protótipo de 2,2 kWp. / This work presents the proposal and analysis of a Bidirectional Full-Bridge Inverter (BFBI) applied to DC (direct current) microgrids in terms to its performance in active power injection into the AC (alternating current) grid and DC bus voltage regulation front of the inherent intermittences observed in photovoltaic generators, which should not cause disturbances in the dc loads. The digital control strategy is implemented from a DSP (Digital Signal Processor) with Proportional Resonant (P + Res) controller combined with 3th, 5th and 7th Harmonic Correction in the current imposed on the grid for the two modes of operation, which enables the adjustment in power quality to IEEE 1547 (injection) and IEC 61.000-3-2 (rectification) international standards. Finally, this work present the qualitative and quantitative analysis of the proposed system, still containing the design specifications, simulation and experimental results obtained with the construction of a 2.2 kWp prototype. / Dissertação (Mestrado)

Electrical transmission and distribution systems of most concern are based on keeping system working within its operational thresholds considering as little loss as possible. For this purpose, several electrical and electronics equipments, mostly automatic ones have been used, including voltage regulators, capacitor banks, synchronous compensators and more recently in ongoing researches, FACTS devices (Flexible Alternative Current Transmission Systems), also called D-FACTS (Distributed FACTS), according to some authors, when applied to electrical distribution systems. With FACTS it is possible to get operational thresholds regulation more precisely, because its parameters adjustment is continuous (not discrete) and it is accomplished automaticaly. Considering these issues, this work aims at proposing optimal allocation and ajustment of STATCOM (Static Synchronous Compensator), SSSC (Static Synchronous Series Compensator) and UPFC (Unified Power Flow Controller) devices in distribution systems in order to minimize technical losses. For its accomplishment, genetic algorithms were used for their acknowledged efficacy at solving optimization problems in electrical systems. The load flow program here developed uses Power Summation Method (PSM) for its best performance at distribution systems. Mathematic models of devices were presented in details so that the inclusion of PSM controllers has been established. The proposed algorithm was applied to 34, 37, 66 and 104 nodes test feeders and systems were simulated with and without FACTS devices so as to enable comparison. / Em sistemas elétricos de transmissão e distribuição, grande parte das preocupações está em manter o sistema operando dentro de seus limites operacionais com a menor parcela de perdas possível. Para esse fim, vários equipamentos elétricos e eletrônicos, grande parte automatizados, são usados. Entre eles, estão os reguladores de tensão, bancos de capacitores, compensadores síncronos e, mais recentemente em estudos, os dispositivos FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems), também chamados por alguns autores de D-FACTS (Distributed FACTS) quando aplicados em sistemas de distribuição de energia elétrica. Com os FACTS é possível obter-se uma regulação mais precisa dos limites operacionais do sistema elétrico, pois o ajuste de seus parâmetros é contínuo (e não discreto) e realizado de forma automática. Neste trabalho, propõe-se realizar a alocação e ajuste ótimos dos dispositivos STATCOM (Static Synchronous Compensator), SSSC (Static Synchronous Series Compensator) e UPFC (Unified Power Flow Controller) em sistemas de distribuição de modo a minimizar as perdas técnicas. Para isso, são utilizados algoritmos genéticos por sua já conhecida eficácia em problemas de otimizaçãoem sistemas elétricos. O programa de fluxo de carga desenvolvido utiliza o Método da Soma de Potências (MSP), por seumelhor desempenho em sistemas de distribuição. Os modelos matemáticos dos dispositivos foram apresentados detalhadamente, de forma que a inclusão dos controladores no MSP foi claramente estabelecida. O algoritmo proposto foi aplicado em alimentadoresteste de 34, 37, 66 e 104 barras e os sistemas foram simulados com e sem a presença dos dispositivos para efeito de comparação.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de absorção ativa de ondas como parte integrante da implementação de um novo tanque de ensaios de estruturas oceânicas na Universidade de São Paulo. O tanque é equipado com 148 geradores de onda dispostos em todo o seu perímetro para propiciar a geração de ondas em quaisquer direções. O método de absorção de ondas implementado é baseado em filtros digitais utilizando como realimentação hidrodinâmica a leitura de sensores de nível solidários ao gerador de ondas. Foram estudados filtro recursivos e não recursivos, unidimensionais e bidimensionais. Também é apresentado um método para a análise da estabilidade do sistema de controle em malha fechada. Para avaliar o desempenho do sistema de controle de absorção foi executada uma série de experimentos com ondas regulares com direção de propagação normal ao gerador de ondas e algumas direções oblíquas. Também foram executados ensaios com ondas irregulares na direção de propagação normal ao gerador de ondas. O coeficiente de reflexão experimental obtido apresentou boa aderência aos valores teóricos, apresentado um máximo de 5,61% para um ângulo de incidência entre 0 e 45 graus na faixa de frequência de operação do tanque. Nos ensaios com ondas oblíquas foi observado o aparecimento de uma ressonância lateral de ondas com frequência mais alta que a da onda gerada, o que impossibilitou a execução de ensaios de longa duração de ondas com ângulo de incidência diferente de 0 grau. No final são apresentadas sugestões para a correção deste problema. / This work presents the development of a control system for active absorption of waves as part of the implementation of a new test tank of ocean structures at the University of São Paulo. The tank is equipped with 148 wave generators disposed around its perimeter to allow the generation of waves in all directions. The implemented method of wave absorption is based on digital filters with hydrodynamic feedback given by level sensors solidary to the wave generator. Were studied recursive and non-recursive, one-dimensional and two-dimensional filters. A method for stability analysis of the closed loop control system it is also presented. To evaluate the performance of the absorption control system, a series of experiments was performed considering regular waves with propagation direction normal to the wave generator and some oblique directions. Were also performed tests with irregular waves with propagation direction normal to the wave generator. The experimental reflection coefficient obtained showed good adherence to the theoretical values, presenting a maximum of 5.61% for an angle of incidence between 0o to 45o in the frequency range of operation of the tank. In tests with oblique waves was observed the appearance of a lateral wave resonance with highest frequency of the generated wave, prohibiting the accomplishment of long term experiments of waves with different incidence angle of 0o. At the end it is made suggestions to correct this problem.

Devido às necessidades do mundo moderno, os sistemas de automação têm aumentado sua complexidade, fazendo com que sejam desenvolvidas ferramentas de engenharia cada vez mais poderosas para modelá-los e analisá-los. Em sistemas de automação industrial, os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) têm sido amplamente empregados. Os CLPs são geralmente programados por meio da linguagem de programação Ladder, uma das cinco linguagens definidas pela IEC 61131-3. Entretanto, apesar da linguagem de programação Ladder ser flexível e de fácil aprendizado por parte dos usuários, ela apresenta limitações quanto à: detecção de erros no algoritmo de controle do sistema de automação; torna as modificações muito trabalhosas e não possibilita a simulação, análise de performance e análise operacional do sistema. Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento e os testes da metodologia denominada MARPASI - Metodologia de Aplicação das Redes de Petri em Automação de Sistemas Industriais. Como o desenvolvimento da MARPASI foi efetuado baseado na teoria de Redes de Petri, este trabalho também apresenta uma revisão bibliográfica sobre o tema de aplicação de Redes de Petri para a programação de CLP. A MARPASI possibilita analisar um sistema de automação por meio das Redes de Petri e na geração da linguagem de programação Ladder. Portanto, o emprego da MARPASI contribui para a otimização do processo de engenharia de automação e também para a programação mais eficiente de CLPs. / Due to the needs of the modern world, the systems of automation have increased their complexity, forcing the development of ever more powerful engineering tolls to shape and analyse them. In systems of industrial automation, the Programmable Logic Controllers (PLCs), have been widely applies. The PLCs are generally programmed through the use of the Ladder programming language, one of the five languages defined by the IEC 61131-3. Unfortunately, while the Ladder programming language is flexible, and easily learned by its users, it evinces limitations concerning: error detection in the control algorithm of the automation system: makes modifications very laborious and does not allow any simulation, performance analysis and operational systems analysis. This study presents the development and tests of the methodology denominated as MARPASI - Methodology of the application of Petri Net in the automation of industrial systems. Since the development of MARPASI was made based on Petri Net Theory, this study also presents a bibliographic review about the theme of the application of Petri Net for the programming of PLC. MARPASI makes it possible to analyse a system of automation through Petri Net and in the generation of the Ladder programming language. Because of these, the utilization of MARPASI contributes for capacities, the optimization of automation engineering processes, and also for a more efficient programming of the PLCs.

The objective of this thesis is to propose a design method for controllers to secure specified robust oscillation amplitude and frequency for separable nonlinear systems exhibiting unavoidable or desirable limit cycles. The design approach of robust limit cycle controllers introduced here can be used for autonomous systems with separable single-input-single-output nonlinearities. The proposed design approach consists of quasi-linearization of the nonlinearity via the Describing Function (DF) method and then shaping the loop to reach desired limit cycle characteristics. As the DF method is used, loop shaping takes place in the Nyquist plot, because the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is related to the limit cycle characteristics of the system. In the problem addressed in this thesis, the original linear subsystem (i.e. without controller) is considered as an uncertain system with unstructured uncertainty. A condition to be satisfied by the shaped loop is given such that the controlled system has limit cycle characteristics as close as possible to the nominal characteristics even though the uncertainty considered. Three requirements are satisfied in the loop shaping step. The first requirement assures the nominal desired limit cycle characteristics in the designed system. The second is related to limit cycle stability, i.e., if a (small) perturbation disturbs the limit cycle of the controlled system, it will return to the earlier limit cycle. The third requirement addresses the robustness question, and the condition mentioned before is used. After the loop is shaped to satisfy the requirements, a controller is computed so that the controlled linear subsystem transfer function is equal the transfer function obtained in the loop shaping. This approach is applicable to systems with linear subsystems that are minimum phase. In some cases it may be necessary to add a high frequency pole in order to obtain a proper controller. Examples are given in order to illustrate the robustness of the controlled system with respect to uncertainty in the linear subsystem model. In the first example the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is on the real axis. In the second example the crossing point is not on the real axis and so, restrictions more generals than the ones used in the first example are used. In the third example the crossing point is on the real axis and output disturbance is considered.

O presente trabalho visa a investigar, via simulação numérica, o desempenho de um controlador preditivo generalizado aplicado à regulação da glicemia em pacientes diabéticos tipo I, mediante o emprego de bombas de infusão de insulina. A simulação da dinâmica do sistema endócrino-metabólico em um paciente diabético tipo I, metabolicamente normalizado, foi realizada através de um modelo não-linear de 19a ordem bastante difundido na literatura. Em pacientes diabéticos tipo I, metabolicamente não-normalizados, tal dinâmica foi simulada considerando-se variações, em relação aos valores nominais, nos valores dos parâmetros do modelo anterior. O controlador projetado, quando atuando em um paciente diabético metabolicamente normalizado, teve o seu desempenho avaliado pelos valores máximos e mínimos da concentração de glicose no sangue periférico venoso e pelo intervalo de tempo para a concentração de glicose anterior retornar à faixa de 2% em torno da concentração de referência, após uma refeição contendo uma quantidade pré-fixada de glicose. Quando o controlador proposto atuava em um paciente diabético metabolicamente não-normalizado, inicialmente descompensado, o seu desempenho foi avaliado pelo intervalo de tempo necessário para a glicemia retornar à faixa de 2% em torno da concentração de referência. O desempenho apresentado pelo controlador proposto neste trabalho é comparável aos já disponíveis na literatura sendo, entretanto, o controlador proposto aqui mais simples de ser implementado e menos custoso computacionalmente.

Este trabalho objetiva a implementação de um sistema de rastreamento de alvo para aplicações em robótica móvel, utilizando como sensor principal uma câmera tipo Charge-Coupled Device (CCD). Uma abordagem adaptativa é utilizada para compensar as variações de iluminação no ambiente. Esta adaptação: 1) usa o método de retroprojeção de histogramas para rastreamento do alvo; 2) gera uma distribuição de probabilidade gaussiana que representa o histograma de cores do alvo; 3) atualiza em tempo real os parâmetros (média e covariância) do histograma. Como contribuição deste trabalho, propõe-se a determinação do nível de filtragem do ruído, adaptando-se ao modelo do alvo a cada imagem capturada. Este procedimento foi incorporado à determinação dos pixels com intensidades de cores mais próximas das do alvo. Uma vez que a determinação da posição relativa entre o robô e o alvo depende de imagens ruidosas, um procedimento de estimação, denominada sistema grey, é empregado para suavizar o controle. Efetivamente, o que esta abordagem faz é estimar a dinâmica relativa entre o robô e o alvo, no que se refere a distância e orientação. Para reduzir o erro de distância entre o robô e o alvo, fez-se uso de um controlador fuzzy com duas entradas e uma saída, para controle de velocidade linear e angular. Este controlador é denominado de fuzzy look-ahead, uma vez que recebe como entrada as predições dos erros de posição. O sistema de rastreamento de alvo móvel foi implementado em simulação, utilizando o Matlab 6.1, obtendo-se bons resultados com imagens e trajetórias simuladas. Para os experimentos em tempo real, foram desenvolvidas bibliotecas gráficas em C++Builder 5.0, onde imagens capturadas pelo robô móvel Magellan-ISR são transferidas pela rede via TCP/IP para um Personal Computer (PC) remoto. Após a verificação da robustez dos módulos de detecção do alvo através do sistema de visão, da estimação/predição da posição do alvo e do controlador fuzzy, fez-se a integração dos mesmos para aplicação em tempo real. Esta integração foi implantada no computador de bordo do robô móvel Magellan-ISR. Dos resultados obtidos, a robustez do sistema pode ser verificada em diversos ambientes e sob diferentes condições.