Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:31:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Esta dissertação descreve inicialmente a evolução da comunicação das redes industriais até a atualidade, onde o enfoque principal é a tecnologia FOUNDATION Fieldbus. São expostas suas características funcionais, diferenças e vantagens em relação a outras arquiteturas. Todo o desenvolvimento e aplicação desta tecnologia digital é direcionada para a instrumentação, controle e supervisão de uma coluna de destilação piloto. Além da descrição geral do processo de destilação, é feito um detalhamento construtivo e funcional de toda a unidade experimental. Todos os instrumentos da unidade que compõem o sistema FOUNDATION Fieldbus, bem como os que interagem com estes, são detalhados individualmente. São apresentadas sua arquitetura, seu princípio de funcionamento e sua função dentro de todo o sistema. Além do aplicativo do controle supervisório, que gerencia o sistema, um conjunto de softwares é responsável pela configuração dos dispositivos da rede e da programação do intertravamento de segurança do PLC. Exemplos ilustram a linearização de válvulas e a identificação de modelos, que são utilizados no controle do processo. Estratégias de controle, clássicas e avançadas, são projetadas e aplicadas no controle da vazão da alimentação e do nível da base. Um algoritmo preditivo, com comunicação OPC, é estruturado com a intenção de executar um controle multivariável do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:48:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319259.pdf: 2589205 bytes, checksum: 4fd9672df1bcf55905acc71e9738962f (MD5) Previous issue date: 2013 / Processos de destilação tendem a apresentar dinâmica lenta, o que gera elevados períodos de transição quando o processo é perturbado. Inúmeros estudos são realizados buscando-se implementar uma abordagem adequada à dinâmica do processo visando diminuir estes transientes. Novas estratégias de controle com ação distribuída nos pratos vem sendo proposta em diversos estudos, surgindo como alternativa aos métodos convencionais normalmente utilizados onde o controle é realizado centralizado na base e no topo. Testes já foram realizados em uma unidade experimental com a estratégia de controle distribuído, visando comprovar a minimização de transientes e fazer uma avaliação do gasto energético do processo, onde foram obtidos resultados positivos que viabilizam o método. Neste trabalho se propõe o desenvolvimento de um simulador de coluna de destilação operando com aquecimento distribuído utilizando o software comercial Hysys®. A partir das simulações é possível ter acesso a diversas informações não disponíveis experimentalmente, principalmente no que diz respeito às variáveis internas da coluna. Além disto, diferentemente da planta experimental, a simulação permite implementar uma malha de controle da composição do destilado. Sendo assim, além de comprovar a diminuição dos transientes, a simulação pretende comprovar a manutenção da qualidade dos produtos. Inicialmente foram construídas as simulações em estado estacionário, as quais foram validadas a partir de resultados obtidos experimentalmente na planta piloto. A partir do modelo estático foi desenvolvida a simulação no modo dinâmico, onde inúmeros testes foram realizados para avaliar seu desempenho e a eficiência dos controladores. Após a realização de vários ajustes, chegou-se a um modelo simulado com respostas bastante similares à planta real, a partir do qual foram realizados estudos do desempenho das estratégia de controle quando realizadas perturbações na temperatura e vazão da corrente de alimentação. A abordagem de controle com aquecimento distribuído se mostrou mais eficiente que o controle convencional na rejeição de transientes, sem prejudicar a qualidade do produto de topo. Ao serem comparadas diferentes maneiras de aquecimento distribuído, observou-se que o controle de temperatura do quarto prato é a melhor estratégia em casos de perturbações na temperatura da alimentação, enquanto o aquecimento constante de um estágio da seção retificação ou do prato de alimentação é a melhor forma de rejeitar perturbações na vazão de entrada do processo. <br> / Abstract : Distillation processes tend to have slow dynamics, which generates high transition periods when the process is perturbed. Numerous studies are done to find a suitable approach to the dynamics of the process to reduce these transients and to ensure the economic viability of the process. In previous studies our group proposed a new control strategy with action distributed in stages, unlike conventional methods normally used, where control is performed at the base and the top. An experimental unit was built to conduct tests to study the minimization of transients and make an assessment of energy expenditure, obtaining positive results that enable the process. Aiming to continue this line of research, this paper proposes the development of a distillation column simulator using commercial software Hysys in dynamic mode. From simulations it is possible to access various information not available experimentally, principally the internal variables of the column. Moreover, unlike the experimental plant, the simulation has control of the composition of the distillate. Thus, besides proving the reduction of transient, this simulations intends to investigate the maintenance of product quality. Initially were constructed steady state simulations, which were validated from experimental results in the pilot plant. From the static model was developed the simulation in dynamic mode, in which numerous tests were conducted to evaluate its performance and efficiency of the controllers. After several adjustments are made, the simulations showed results very similar to the real plant, from which studies have been conducted on the performance of the control strategy when made perturbations in temperature and flow rate of the feed stream. The distributed heating is more efficient than the conventional control for rejecting transients without interfering with the top product quality. When comparing different ways of heating distributed, it was observed that the temperature control of the fourth plate is the best strategy in case of disturbances in the feed temperature, while the constant heating of a stage of the rectification section or the feeding dish is best way to reject disturbances in the flow process input.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T06:27:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os servoatuadores pneumáticos são relativamente baratos, leves, limpos e de fácil montagem e operação. Eles também apresentam uma relação força/peso que os torna bastante atraentes para aplicações em robótica. Entretanto, as grandes não-linearidades presentes nos sistemas pneumáticos e a dificuldade de obter modelos acurados têm impossibilitado a sua aplicação prática em problemas de controle preciso de posição. As deficiências dos controladores tradicionais quando aplicados a um servoatuador pneumático foram examinadas. Elas consistem principalmente na dificuldade do ajuste dos ganhos, na falta de robustez a variações da carga e em uma grande sensibilidade aos efeitos do atrito. O principal objetivo desta tese é verificar a possibilidade de superar estas dificuldades através do projeto adequado de algoritmos não-lineares de controle. Para tanto, desenvolveu-se inicialmente um modelo não-linear preciso para um servoatuador pneumático com atrito. Neste modelo, as relações não-lineares da vazão mássica na servoválvula com as pressões e com a tensão de controle são modeladas através de um equacionamento empírico baseado na fórmula de passagem de fluidos compressíveis em orifícios. O atrito foi equacionado com base em um modelo recente (denominado Lugre), cuja estrutura, além de levar em conta os principais comportamentos macroscópicos não lineares do atrito, é adequada para uso em esquemas robustos de observação e compensação do atrito em tempo real. Com base na modelagem desenvolvida, e a partir de uma discussão das dificuldades de controle dos sistemas pneumáticos de posicionamento, propõe-se uma estratégia de controle em cascata com compensação do atrito para superar diversas dificuldades dinâmicas estruturais destes sistemas de posicionamento. Esta estratégia em cascata, sem a compensação do atrito, foi aplicada com êxito por outros pesquisadores em robôs elétricos e no controle de atuadores hidráulicos. Tal estratégia consiste em dividir o sistema completo em dois subsistemas: um subsistema mecânico e um pneumático. São apresentadas as propriedades de estabilidade decorrentes dessa estratégia e a sua comprovação através de simulações e de resultados experimentais.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T22:34:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:53:46Z : No. of bitstreams: 1 143783.pdf: 2326987 bytes, checksum: edcc7b6787ec7153ba1ce0d72ec16c37 (MD5)

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-12-20. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:33Z : No. of bitstreams: 1 000837487.pdf: 765617 bytes, checksum: c8a3f542958d69b1f4e0c325b1ee9b7b (MD5) / Neste trabalho são apresentados dois métodos de identificação de modelos em espaço de estados. O primeiro, o Algoritmo de Realização de Autosistemas, (ERA), identifica matrizes de estado através da resposta do sistema ao impulso. Já o segundo, o método ERA/OKID, também estima as matrizes de estado do sistema, com uma vantagem que não se limita a resposta do sistema ao impulso, mas qualquer sinal pode ser usado como sinal de entrada. Os dois métodos foram aplicados na identificação experimental de uma viga de alumínio engastada. O sinal de entrada foi aplicado na viga através de um atuador PZT (Lead-Zirconate-Titanate) e a resposta foi medida através de um sensor PVDF (Polyvinilidene-Fluoride). Com as matrizes de estado identificadas, projetou-se um controlador para a realimentação de estados. O controle Regulador Linear Quadrático (LQR), foi utilizado pela simplicidade da formulação e fácil implementação. Para realimentar os estados não mensurados, foi projetado um observador de estados. O controle aplicado à estrutura foi capaz de atenuar as vibrações quando a mesma foi submetida a diferentes tipos de perturbações externas / This work presents two methods of system identification of models in state space. The first method, uses Eigensystem Realization Algorithm, (ERA), for identifying the state space matrices via impulse response of the system. The second method, ERA/OKID, also identifies state space matrices, however, in this method, the input data are not limited to the impulsive response, and any signal can be used as input signal. It can be a significant advantage for practical situations. Both methods were applied for experimental identification of a cantilever aluminium beam. The input excitation in beam used white noise through a (Lead-Zirconate-Titanate) PZT actuator and the beam response was measured using a PVDF (Polyvinilidene-Fluoride) sensor. The controller was designed for state feedback using the state space matrices obtained previously. The Linear Quadratic Regulator, (LQR), was used for simplicity of design and easy implementation. A state observer was also used to feedback the unmeasured states. The controller was effective to minimize the vibrations of the structure when it was subjected to an external disturbance

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-10. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:29Z : No. of bitstreams: 1 000836632.pdf: 3686157 bytes, checksum: e12d555e3dea58b96acbc5bb43db87fd (MD5) / Estruturas flexíveis do tipo treliça estão presente em grande parte das aplicações industriais e possuem uma grande importância no dia a dia das pessoas, seja em uma simples antena de telecomunicações, ou em equipamentos mais sofisticados e com maior precisão, como por exemplo os satélites em órbita no espaço. Este trabalho apresenta o projeto e a construção de uma estrutura flexível inteligente além da realização do controle desta estrutura através do projeto e implementação de um controlador integral de força. O problema do projeto do controlador é resolvido através do método do lugar das raízes (root locus), utilizando um modelo identificado experimentalmente através do método de identificação de sistemas ERA/OKID. Atuadores de pilha de PZT's (Titanato Zirconato de Chumbo) do tipo stack são acoplados na estrutura juntamente com sensores de força, formando um elemento ativo responsável pelo controle de vibração da estrutura. O problema do posicionamento ótimo dos sensores e atuadores é resolvido através da técnica da energia modal de deformação (Fraction Energy Deformation Modal, FEDM). O modelo matemático utilizado para o cálculo do posicionamento dos sensores e atuadores foi feito através do método dos elementos finitos. São apresentados resultados analíticos e experimentais do problema de posicionamento dos sensores e atuadores e do problema do controle ativo. Os resultados mostram que um par de elementos ativos em conjunto com o controlador integral foram suficientes para resolver o problema de vibrações em estruturas flexíveis do tipo treliça, aumentando de forma considerável o seu amortecimento e, consequentemente, atenuando as vibrações da estrutura / Flexible structures, for instance, trusses, are present in many industrial applications and have a great importance in the daily lives of people, either in a single telecommunications antenna, or either in more sophisticated and accurate devices, such as satellites orbiting in space. This work presents the design and the construction of a smart flexible structure. The control design of this structure was obtained through the implementation of an integral force controller. The controller design problem is solved by the root locus method, using a model identified experimentally by the system identification ERA / OKID method. Stack PZT (lead zirconate titanate) actuators were coupled in the structure with force sensors in order to obtain the active element responsible for vibration control of the structure. The problem of optimal sensors and actuators placement was solved using (Fraction Modal Deformation Energy technique, (FEDM)). The mathematical model used to calculate the placement of sensors and actuators was done by the finite element method. Analytical and experimental results for the problem of placement of sensors and actuators and the problem of active control are presented. The results showed that a pair of active elements in conjunction with the integral controller can be used to solve the problem of vibrations in flexible structures of truss type, considerably increasing their damping and hence attenuating the vibrations in the structure

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-30Bitstream added on 2014-06-13T20:21:16Z : No. of bitstreams: 1 souza_wa_dr_ilha.pdf: 2047760 bytes, checksum: 8e0dca06c80251e6c3a1e6e46925aa1a (MD5) / Esta tese propõe novos métodos de projeto de controle chaveado para algumas classes de sistemas: lineares com incertezas politópicas e não lineares incertos descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno. Inicialmente são propostos métodos que utilizam uma função quadrática de Lyapunov e a estabilidade quadrática é utilizada para projetar vários ganhos do controlador, baseado em desigualdades matriciais lineares (do inglês Linear Matrix Inequalities - LMIs). Os controladores propostos são compostos por um único ganho que é escolhido por uma lei de chaveamento que retorna o menor valor da derivada temporal da função quadrática de Lyapunov. Para o caso linear, os controladores concebidos apresentam um melhor desempenho quando comparados com o controlador que emprega um único ganho de realimentação do estado normalmente implementado, e as LMIs utilizadas para encontrar os ganhos são mais relaxadas. Para o caso não linear, os controladores propostos também apresentaram um bom desempenho e eliminam a necessidade de encontrar as expressões explícitas das funções de pertinência que muitas vezes podem ter expressões longas e/ou complexas, ou serem desconhecidas devido às incertezas na planta. Em seguida foram propostos novos métodos de projeto de controle chaveado e um novo critério de estabilidade para sistemas não lineares incertos descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O projeto do controlador chaveado é baseado na função de Lyapunov quadrática por partes do tipo mínimo e na minimização da derivada temporal desta função de Lyapunov. As condições do novo critério de estabilidade são representadas por um tipo de desigualdades matriciais bilineares (do inglês Bilinear Matrix Inequalities - BMIs) que podem ser resolvidas de forma eficiente pelo método... / This thesis proposes new switched control design methods for some classes of linear systems with polytopic uncertainties and uncertain nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. Initially, are proposed methods that use a quadratic Lyapunov function and quadratic stability to design, based on Linear Matrix Inequalities (LMIs), the feedback gains. The controller gain is chosen by a switching law that returns the smallest value of the time derivative of the quadratic Lyapunov function. For the linear case, the proposed methodology presents a better performance when compared with the controller usually implemented which uses only one state feedback gain and the LMIs for finding the switched gains are more relaxed. For nonlinear plants described by Takagi-Sugeno fuzzy models, the proposed controller also presented good performance and eliminates the need to obtain the explicit expressions of the membership functions of the Takagi-Sugeno fuzzy controllers, which can often have long and/or complex expressions, or may not be known, for instance due to the plant uncertainties. The design of the switched controllers is based on a minimum-type piecewise quadratic Lyapunov function and the minimization of the time derivative of this Lyapunov function. The conditions of the new stability criterion are represented by a kind of Bilinear Matrix Inequalities (BMIs) that can be efficiently solved by the path-following method. Furthermore, the proposed switched controller can also operate even with an uncertain reference control signal. To verify the efficacy of the proposed methodology are presented numerical simulations, including robust nonlinear control designs of a ball-and-beam system and of a magnetic levitator, and finally a robust... (Complete abstract click electronic access below)

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T23:07:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / CORBA é uma infra-estrutura de middleware emergente com padronização aberta que está recebendo uma grande aceitação por facilitar a programação de objetos distribuídos. CORBA está sendo estendido através da especificação de interfaces e abstrações necessárias para suportar aplicações com restrições temporais. Essas novas abstrações habilitarão uma variedade de modelos de programação para aplicações de tempo real. O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um modelo de programação adaptativo para aplicações distribuídas de tempo real usando conceitos CORBA. O modelo combina a técnica de invocação envolvendo polimorfismo temporal com a garantia (m,k)-firm.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T00:46:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:36:29Z : No. of bitstreams: 1 138052.pdf: 3385509 bytes, checksum: 8a01880c22fb1f94d85fb21902e95f63 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T15:16:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:27:08Z : No. of bitstreams: 1 264625.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Os sistemas automáticos caracterizam-se por incorporarem diferentes tecnologias e desempenharem múltiplas funções independentes. Esses sistemas são dotados de componentes mecânicos, elétricos, eletrônicos e de software. Tais características são estabelecidas durante o processo de projeto e documentadas por meio de modelos estruturais, funcionais e comportamentais. O processo de projeto de sistemas automáticos é revestido de dificuldades e requer, normalmente, profissionais com conhecimento específico em cada uma das tecnologias presentes nos mesmos. Por isso a análise do atributo confiabilidade dos sistemas automáticos, considerando todas as suas particularidades, pode se tornar uma tarefa complexa. Além disso, no caso dos sistemas hidráulicos e pneumáticos, deve-se considerar o grande número de componentes e a necessidade de troca de informações entre diferentes áreas tecnológicas. Este trabalho apresenta uma metodologia que resulta na geração dos modelos de confiabilidade e o cálculo da estimativa de confiabilidade de sistemas automáticos durante o processo de projeto, com o intuito de incorporar a estes sistemas maior competitividade em mercados que requerem precisão na atuação de dispositivos, garantia de funcionamento e facilidade de manutenção. Desta forma, o desenvolvimento deste trabalho se dá no espaço de projeto de sistemas automáticos, focado principalmente em sistemas hidráulicos e pneumáticos, com avaliação da confiabilidade na fase conceitual do processo de projeto. A metodologia proposta permite capturar informações dos modelos estruturais, funcionais e comportamentais, ainda nas fases iniciais do processo de projeto de sistemas automáticos. A Metodologia para Análise de Confiabilidade de Sistemas Automáticos (MACSA) considera a interação das diferentes áreas tecnológicas dos sistemas automáticos assim como as diferentes configurações operacionais definidas no sistema durante sua vida útil. A MACSA foi estruturada de forma sistemática e inserida na metodologia de projeto integrado de produto. Para a avaliação da MACSA foram analisados dois sistemas, uma unidade de potência e condicionamento hidráulico e uma bancada didática de dimensionamento de circuitos pneumáticos, ambos tomados como estudo de caso. Para implementar a metodologia foram utilizadas ferramentas de modelagem de sistemas automáticos e de análise de confiabilidade, tais como, Rede Canal/Agência, Grafcet, Rede de Petri, Árvore de Falha e Árvore de Sucesso. Os resultados obtidos na análise do estudo de caso demonstraram que o cálculo proposto pela MACSA considera situações mais realistas para a estimativa de confiabilidade de sistemas automáticos. Com isso demonstra-se que a aplicação da metodologia efetivamente contribui para melhorar a análise da confiabilidade de sistemas automáticos. Isso auxilia os agentes de projeto nas tomadas de decisões, sobre a melhor concepção para o seu projeto final, tornando os sistemas automáticos mais confiáveis, com menor tempo e custo de desenvolvimento. Automatic systems have as features the use of different technologies and the execution of multiple independent functions. These systems comprise mechanical, electric, electronic components and software as well. Such features are established during the design process and documented through structural, functional, behavioral models. An automatic system design process presents inherent difficulties and usually demands specialized professionals for each technology involved. Therefore, their reliability analysis, considering all the particularities involved, may become a complex task. Also, especially when it comes to hydraulic and pneumatic systems, the great number of components and the need for information exchange between different technological areas should be considered. This thesis present a methodology that results in the generation of the reliability model and the calculation of the reliability index of automatic systems during the design process, in order to improve the system#s competitiveness in markets demanding precision in the performance of devices, assured functioning and easy maintenance. In this fashion, this thesis is developed within the bounds of the design process of automatic systems, mainly focused on hydraulic and pneumatic systems, since it evaluates reliability during the conceptual phase of design process. The proposed methodology allows gathering information from structural, functional and behavioral models during the early phases of the design process. The Methodology for Analysis of Automatic Systems# Reliability (MACSA) which takes into account the interactions of different technological areas of automatic systems, as well as different functional arrangements defined in the system during its useful life. MACSA was structured in a systematic form and inserted in an integrated product design methodology. The proposed methodology was evaluated on two case studies: a hydraulic power and conditioning unit and a didactic pneumatic test bench applied for the sizing of general pneumatic systems. In order to implement the proposed methodology modeling and reliability analysis tools, such as Channel/Instance Net, Grafcet, Petri Nets, Fault Tree and Success Tree, were used. The case studies# practical results demonstrated that MACSA considers more realistic situations for automatic systems reliability evaluation. By so, the adoption of the presented methodology contributes for an improvement of reliability evaluation during the automatic systems# design process. These aid designers in making decisions about the best conception for their final design, making the resulting automatic systems more reliable, and yielding a faster and cheaper design process.