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Controle preditivo de robôs móveis não holonômicos

Kühne, Felipe January 2005 (has links)
O controle de robôs móveis não holonômicos apresenta como principal desafio o fato de estes sistemas não serem estabilizáveis em um ponto através de uma realimentação de estados suave e invariante no tempo, conforme o Teorema de Brockett. Para contornar este resultado, técnicas clássicas utilizam leis de controle variante no tempo ou não suaves (descontínuas). Entretanto, estas técnicas não prevêem durante o cálculo da lei de controle restrições nas variáveis do sistema e assim, muitas vezes, geram entradas de controle que são incompatíveis com uma implementação real. Neste trabalho são desenvolvidos algoritmos de controle preditivo baseado em modelo (MPC) para o controle de robôs móveis não holonômicos dotados de rodas. No MPC, restrições nas variáveis de estado e de controle podem ser consideradas durante o cálculo da lei de controle de uma forma bastante direta. Além disso, o MPC gera implicitamente uma lei de controle que respeita as condições de Brockett. Como o modelo do robô é não linear, é necessário um algoritmo de MPC não linear (NMPC). Dois objetivos são estudados: (1) estabilização em um ponto e (2) rastreamento de trajetória. Através de extensivos resultados de simulação, é mostrada a eficácia da técnica. Referente ao primeiro problema, é feita uma análise comparativa com algumas leis clássicas de controle de robôs móveis, mostrando que o MPC aplicado aqui apresenta uma melhor performance com relação às trajetórias de estado e de controle. No problema de rastreamento de trajetória, é desenvolvida uma técnica linear, alternativa ao NMPC, utilizando linearizações sucessivas ao longo da trajetória de referência, a fim de diminuir o esforço computacional necessário para o problema de otimização. Para os dois problemas, análises referentes ao esforço computacional são desenvolvidas com o intuito de mostrar a viabilidade das técnicas de MCP apresentadas aqui em uma implementação real.
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Analise da adequação e desempenho de redes "FIELDBUS" para o controle em malha fechada com ação de um preditor nebuloso em caso de perdas de mensagens

Salomão, João Marques January 1994 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T07:31:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:39:47Z : No. of bitstreams: 1 95649.pdf: 3282845 bytes, checksum: 2d975061d8cbedb916e08b14121eb70f (MD5) / A aplicação de redes de comunicação na industria de acordo com a filosofia CIM (Computer Integrated Manufacturing), proporciona uma perfeita integração hierárquica de todos os níveis de produção industrial (planejamento, área, célula, subsistema e componente) envolvidos. Para tanto, cada nível hierárquico deve ser contituído de um subsistema inteligente e possuir um sistema de comunicação com propriedades e características adequadas àquele caso (por exemplo, MAP-TOP, MAP-EPA, mini-MAP ou FIELDBUS). A nível do componente, sobre o qual foi desenvolvido este trabalho, o uso de uma rede fieldbus permite monitorar o estado de variáveis da manufatura e o controle de processo multimalhas de variáveis contínuas. Este nível é caracterizado por possuir: 1 - grandezas de manufatura a serem controladas com altas dinâmicas, acarretando pequenos períodos de amostragem; 2 - ambiente com elevado nível de ruídos de origem eletromagnética, proporcionando a perda ou dano de um grande número de mensagens ao longo da rede de comunicação. Como consequência, o sistema de comunicação deverá possuir características de tempo real e deverá incorporar, de forma distribuída, uma estratégia de ação para o caso de perda de mensagens em casos onde não há tempo para repetição do envio dos "frames". Para tal, é proposto, neste trabalho, um mecanismo de predição da ação de controle operando paralelamente ao algoritmo do controlador principal.
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Uma metodologia para o projeto de controladores robustos no espaço de estados

Munaro, Celso Jose 19 August 1994 (has links)
Orientador: Celso Pascoli Bottura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-19T16:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Munaro_CelsoJose_D.pdf: 4837163 bytes, checksum: aa243e7c6c4e539ee23506a28687dde2 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Uma nova metodologia para o projeto de controladores lineares robustos multivariáveis o espaço de estados é proposta. Técnicas de alocação de pólos associadas à teoria de estabilidade de Lyapunov permitem o desenvolvimento de uma nova abordagem para tratar o problema de estabilização robusta, para o qual algoritmos iterativos e não iterativos são propostos. Aabordagem é baseada na exploração do conjunto de controladores estabilizantes através de variações paramétricas neste conjunto. Os algoritmos propostos são aplicados a exemplos numéricos, ilustrando a eficácia da abordagem, bem como tornando mais claros conceitos teóricos / Abstract: A new methodology for the design of linear multivariable robust controllers in state pace is here proposed. The use of pole allocation techniques and Lyapunov's stability theory allowed the development of a new approach for the robust stabilization problem, and iterative and non iterative algorithms are proposed to solve it. The approach is based on exploring the set of linear stabilizing controllers through parameter variations on this set. Numerical examples are worked out using the proposed algorithms, where the usefull ness of the methodology is demostrated and theoretical conceps are made clearer / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica
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Uma Contribuição Metodológica, através da FTA para a Melhoria do Desempenho do SCS da CHESF

do Socorro Cavalcanti de Melo, Maria 31 January 2008 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5387_1.pdf: 6469227 bytes, checksum: a211885efc2daa8c85d3774645e679f2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Companhia Hidro Elétrica do São Francisco / O presente trabalho tem como objetivo estabelecer diretrizes que possibilitem obter uma melhor disponibilidade do Sistema de Controle e Supervisão - SCS da Companhia Hidro Elétrica do São Francisco - CHESF. Para tanto, utilizou insumos provenientes de dados históricos do SCS, armazenados em Sistemas de Informação da CHESF, e insumos provenientes de relatórios técnicos gerados por dois grupos de trabalho, um criado internamente à CHESF e outro composto por representantes das empresas do grupo ELETROBRÁS. Esses grupos foram formados visando o levantamento de problemas que afetam os Sistemas de Controle e Supervisão das empresas do setor elétrico, o estabelecimento de critérios de manutenção e a definição de indicadores referenciais de disponibilidade desses sistemas. Com base nos insumos colhidos foi utilizado o método Análise da Árvore de Falhas - FTA para determinar as causas de indisponibilidades no SCS. Os resultados dessa análise além de permitir identificar as principais causas de indisponibilidade do SCS, conduziram à elaboração de diretrizes com vistas à priorização das ações gerenciais a serem adotadas na solução dos problemas levantados. Considerando a importância, cada vez maior, dos Sistemas de Controle e Supervisão, para uma operação rápida e segura da rede elétrica, torna-se evidente a necessidade de um desempenho satisfatório dos mesmos, o que caracteriza ainda mais a importância desse trabalho, que trará reflexos na segurança da operação do sistema elétrico
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Solução do problema de controle H [infinito] não-linear

Longhi, Luís Gustavo Soares January 2001 (has links)
Este trabalho apresenta novos resultados matemáticos sobre a positividade local de funções escalares multivariáveis. Estes resultados são usados para resolver de forma quantitativa o problema de controle +¥ não-linear. Por solução quantitativa, entende-se uma solução (uma lei de controle) associada a uma região de validade. A região de validade é a região do espaço de estados onde os requerimentos de estabilidade e desempenho são satisfeitos. Para resolver o problema de forma eficiente, foi desenvolvido um procedimento que visa maximizar a região de validade do controlador enquanto garante um desempenho mínimo. A solução deste problema de otimização é estudada e alternativas para sua simplificação são apresentadas. Uma aplicação experimental a um sistema de controle de pH é apresentada. A utilidade dos resultados teóricos desenvolvidos na teoria de estabilidade de Lyapunov também é estudada.
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Atenuação de golfadas em sistemas de elevação de petróleo em ambiente offshore

Gerevini, Giovani Gonçalves January 2017 (has links)
A Exploração e Produção de petróleo e gás é de suma importância para economia brasileira e mundial sendo fundamental o entendimento dos comportamentos do sistema produtivo para o aumento na produção. Neste entendimento, a problemática relacionado ao fluxo intermitente chamado de golfada, tem um comportamento tipicamente cíclico que pode causar oscilações de pressão problemáticas à produção, à vida útil e à segurança de sistemas de produção offshore. Através do desenvolvimento de um modelo simplificado para reprodução das golfadas, o presente trabalho propõe a aplicação de um Controlador Preditivo Não Linear (NMPC) para a atenuação do regime de golfada em sistemas de elevação de petróleo por Gas-Lift. Resultado de uma revisão dos modelos simplificados e dos métodos de controle de golfadas, é apresentado neste trabalho um novo modelo caixa cinza de produção de petróleo de sistemas tipicamente profundos e ultra profundos para exploração dos potenciais do algoritmo NMPC chamado Linearização ao Longo da Trajetória (Duraiski et al., 2002). Para a aplicação do modelo, um método de estimação dos parâmetros do modelo cíclico, com penalização de regiões oscilatórias, é apresentada. Para aplicação do controle uma sistemática de ajuste dos parâmetros do controlador é proposta, baseada nas características do ciclo limite da golfada O modelo apresentado é validado para dados do modelo rigoroso OLGA e é extrapolado para diversas regiões de operação demonstrando o potencial de estudos não-intrusivos da dinâmica e ganhos de um poço, fazendo o uso do novo modelo. Na exploração do controle, o modelo é utilizado num estudo de desempenho servo para controle de pressão de fundo de poço (). Gradualmente, o NMPC é comparado ao controle linear PI, inicialmente numa estrutura monovariável. Enquanto o PI tem sua robustez limitada por regiões de baixo ganho, devido às restrições físicas das válvulas choke, o NMPC trata naturalmente a não-linearidade do sistema, atingindo ganhos de até 9 % na produção de óleo teórica. Num segundo momento, a taxa de injeção de gás de elevação é adicionada ao controlador, numa estrutura multivariável fazendo com que a manipulação da choke diminua 80 % com uma diminuição sensível de ganho teórico da produção em 1,7 %, em relação à estrutura monovariável. Numa análise de aplicabilidade de controle, conclui-se que a estrutura a ser utilizada é dependente do objetivo da aplicação de controle. Se o objetivo é o de eliminar a golfada, o controlador linear mostrou mais eficaz. Se o objetivo é aumentar a produção o NMPC na forma monovariável alcança resultados semelhante ao PI, mas de forma mais robusta em relação às não linearidades. Entretanto a taxa de utilização da choke aumenta. Ainda assim, se isto for um empecilho para uma aplicação real, a incorporação da multivariabilidade do controlador NMPC faz com que a taxa de utilização seja distribuída entre as variáveis manipuladas, amenizando o uso excessivo da choke , com uma sensível perda de ganho teórico. / The Exploration and Production of oil and gas is of paramount importance to the Brazilian and world economy, being fundamental the understanding of the behaviors of the productive system for the increase in production. In this understanding, the problem related to the intermittent flow called slugging has a typically cyclic behavior that can cause pressure oscillations problematic to the production, the useful life and the safety of offshore production systems. The present work proposes the application of a Non-linear Predictive Controller (NMPC) for the attenuation of the slug in Gas-lift systems. As a result of a review of the simplified models and the methods of control of slugging, a new gray box model of petroleum production from typically deep and ultra deep systems is presented for the exploration of the potentials of the NMPC algorithm called Local Linearization Trajetory (Duraiski et al., 2002). For the model application, a method of parameter estimation of the cyclic model with oscillatory regions penalty is presented. For control application a systematic adjustment of the controller parameters is proposed, based on the characteristics of the slug The model presented is validated for data from the rigorous OLGA model and is extrapolated to several regions of operation demonstrating the potential of non-intrusive studies of the dynamics and gains of a well using the new model. In the control exploration, the model is used in a servo performance study for well bottom pressure control (). Gradually, the NMPC is compared to the linear control PI, initially in a monovariable structure. While the PI has its robustness limited by low gain regions due to the physical constraints of choke valves, NMPC naturally addresses system nonlinearity, achieving gains of up to 9 % in theoretical oil production. In a second moment, the rate of injection of elevation gas is added to the controller in a multivariate structure causing the choke manipulation to decrease 80 % with a sensible decrease of the theoretical oil production gain by 1.7 % in relation to the monovariable structure . In an control applicability analysis, it is concluded that the structure to be used is dependent on the purpose of the control application. If the goal is to eliminate the slugging, the linear controller proved more effective. If the objective is to increase production the NMPC in the monovariable form achieves results similar to the PI, but in a more robust way in relation to the nonlinearities. However, the rate of choke use increases. If this is an obstacle to a real application, the incorporation of the multivariate NMPC controller causes the utilization rate to be distributed among the manipulated variables, reducing the excessive use of the choke, with a sensible loss of theoretical gain.
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Controle adaptativo com identificação estrutural

Adelardo Adelino Dantas de Medeiros 01 January 1990 (has links)
Neste trabalho procura se contornar a necessidade, nos algoritmos de controle adaptivo, de se conhecer a priori, a ordem (ou parâmetros estruturais) do sistema a ser controlado. Para tanto, é necessário dispor se de algum método mais apropriado para o modelo. Supondo se sistemas descritos por modelos ARX, a estratégia adotada neste trabalho consiste em se identificar, a cada passo, vários modelos com ordens diferentes e a seguir estimar o modelo mais apropriado, com base no qual, o controle adaptivo será gerado. Três critérios para a estimação de ordem são considerados: o critério PLS e modificações dos critérios Dayesiano e do Akaike. Esses critérios, por dependerem do somatório do erro quadrático de predição, são apropriados pelas aplicações em tempo real utilizando identificação paramétrica via Minimização do erro quadrático. Empregando se modelos ARX convencionais, tem se que manter tantos algoritmos de identificação recursiva por mínimos quadrados em paralelo quantas sejam as ordens pesquisadas, o que não é eficiente computacionalmente. Daí a sugestão, como alternativa, de se identificar os modelos na forma lattice, que fornece em só algoritmo de identificação os erros de predição para os modelos da ordem 1 até ordem Dmax. Apresenta se tal algoritmo no corpo do trabalho, bem como sua utilização no contexto de modelos ARX.Emprega se a forma lattice surge uma dificuldade no cálculo dos sinais de controle, já que as leis de controle discreto usuais são apresentadas na literatura em pregando se modelos convencionais. Uma das possibilidades que este trabalho apresenta é fazer se o mapeamento dos parâmetros lattice para os parâmetros convencionais, o que perde um pouco de eficiência computacional. A outra é deduzir se estratégias de controle diretamente para a forma lattice, o que é feito neste trabalho para o controle de mínima variância. São apresentadas resultados do emprego do algoritmo convencional e do algoritmo lattice (puro e com mapeamento) em conjunto com os três critérios de estimação de ordem citados, tanto em simulação quanto em sistemas reais.
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Controle preditivo de robôs móveis não holonômicos

Kühne, Felipe January 2005 (has links)
O controle de robôs móveis não holonômicos apresenta como principal desafio o fato de estes sistemas não serem estabilizáveis em um ponto através de uma realimentação de estados suave e invariante no tempo, conforme o Teorema de Brockett. Para contornar este resultado, técnicas clássicas utilizam leis de controle variante no tempo ou não suaves (descontínuas). Entretanto, estas técnicas não prevêem durante o cálculo da lei de controle restrições nas variáveis do sistema e assim, muitas vezes, geram entradas de controle que são incompatíveis com uma implementação real. Neste trabalho são desenvolvidos algoritmos de controle preditivo baseado em modelo (MPC) para o controle de robôs móveis não holonômicos dotados de rodas. No MPC, restrições nas variáveis de estado e de controle podem ser consideradas durante o cálculo da lei de controle de uma forma bastante direta. Além disso, o MPC gera implicitamente uma lei de controle que respeita as condições de Brockett. Como o modelo do robô é não linear, é necessário um algoritmo de MPC não linear (NMPC). Dois objetivos são estudados: (1) estabilização em um ponto e (2) rastreamento de trajetória. Através de extensivos resultados de simulação, é mostrada a eficácia da técnica. Referente ao primeiro problema, é feita uma análise comparativa com algumas leis clássicas de controle de robôs móveis, mostrando que o MPC aplicado aqui apresenta uma melhor performance com relação às trajetórias de estado e de controle. No problema de rastreamento de trajetória, é desenvolvida uma técnica linear, alternativa ao NMPC, utilizando linearizações sucessivas ao longo da trajetória de referência, a fim de diminuir o esforço computacional necessário para o problema de otimização. Para os dois problemas, análises referentes ao esforço computacional são desenvolvidas com o intuito de mostrar a viabilidade das técnicas de MCP apresentadas aqui em uma implementação real.
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Monitoramento de processos em bateladas através de cartas de controle multivariadas utilizando Análise de Componentes Principais Multidirecionais

Marcondes Filho, Danilo January 2001 (has links)
Através da utilização de sistemas de controle informatizados, indústrias buscam uma caracterização mais completa de seus processos, gerando, freqüentemente, um grande volume de dados acerca de inúmeras variáveis de desempenho dos processos. Entretanto essa grande massa de dados é subaproveitada, visto que as cartas de controle multivariadas tradicionais, tais como as cartas de Hotelling, MCUSUM e MEWMA não são suficientemente robustas para tratar com um grande número de variáveis correlacionadas, pois foram concebidas para monitorar um número reduzido de variáveis de qualidade do produto final. Diante disso, ferramentas multivariadas mais robustas, que incorporam essas informações, vêm sendo desenvolvidas; dentre estas, destaca-se a Multiway Principal Component Analysis (Análise de Componentes Principais Multidirecionais; ACPM). Neste trabalho, apresenta-se a base teórica para a elaboração de uma carta de controle a partir da estratégia ACPM, para monitoramento on-line de processos em bateladas. Nesses processos, aferições freqüentes de variáveis de processo são disponibilizadas durante a realização de cada batelada. As cartas de controle baseadas em ACPM permitem o tratamento de variáveis autocorrelacionadas, com médias que descrevem trajetórias não lineares se observadas em momentos seqüenciados no tempo. Tais variáveis aparecem com freqüência em processos por bateladas. Uma aplicação das cartas de controle baseadas em ACPM em um sub-processo de produção de borracha para cobertura de pneus ilustra a utilização da ferramenta.
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RPN-Toolbox : uma ferramenta para o desenvolvimento de estruturas de controle

Farina, Luciano André January 2000 (has links)
A literatura disponível na área de controle de processos químicos tem dado pouca atenção para o problema da seleção de estruturas de controle, entretanto a correta escolha das variáveis controladas e manipuladas, assim como os seus pareamentos, é tão ou mesmo mais importante que o projeto do controlador propriamente dito, pois esta etapa define o desempenho alcançável para o sistema em malha fechada. Esta dissertação explora vários aspectos genéricos do controle de processos com o objetivo de introduzir os principais pontos da metodologia RPN, um método sistemático que, através de índices baseados em sólidos fundamentos matemáticos, permite avaliar o projeto de controle como um todo. O índice RPN (Número de Desempenho Robusto) indica quão potencialmente difícil é, para um dado sistema, alcançar o desempenho desejado. O produto final desse trabalho é o RPN-Toolbox, a implementação das rotinas da metodologia RPN em ambiente MATLAB® com o intuito de torná-la acessível a qualquer profissional da área de controle de processos. O RPN-Toolbox permite que todas as rotinas necessárias para proceder a análise RPN de controlabilidade sejam executadas através de comandos de linha ou utilizando uma interface gráfica. Além do desenvolvimento das rotinas para o toolbox, foi realizado um estudo do problema de controle denominado processo Tennessee-Eastman. Foi desenvolvida uma estrutura de controle para a unidade e esta foi comparada, de modo sistemático, através da metodologia RPN e de simulações dinâmicas, com outras soluções apresentadas na literatura. A partir do índice concluiu-se que a estrutura proposta é tão boa quanto a melhor das estruturas da literatura e a partir de simulações dinâmicas do processo frente a diversos distúrbios, a estrutura proposta foi a que apresentou melhores resultados.

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