Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T21:26:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292159.pdf: 4729736 bytes, checksum: 782adea1581ee0dca5a9523b8d0305c3 (MD5) / A automação e o controle de processos tornaram-se fortemente presentes nos sistemas industriais ou de infra-estrutura, sendo obrigatório o conhecimento de diferentes técnicas de controle e plantas por parte dos engenheiros e fornecedores de sistemas. Deve-se conhecêlas e aprofundar seu conhecimento visando produtividade e bom desempenho em aplicativos experimentais. Apresenta-se nesta dissertação, um estudo, análise e projeto de técnicas de controle GMV (Generalized Minimum Variance) em plantas com certo grau de dificuldade e de interesse da indústria e, em particular, do autor por estarem presente nas atividades profissionais que desempenha. Várias técnicas de controle GMV são desenvolvidas e utilizadas em quatro plantas com dificuldades de malha como atraso de transporte, integradora com fase não mínima, oscilatória e não linear. Utiliza-se o MatLab como ambiente de simulação e o índice de desempenho de Shunta para avaliação de desempenho do controle. / Automation and Process Control have became strong in industrial and infrastructure systems, where it is important to know a variety of control techniques and plant model to improve performance and productivity aspects. This dissertation presents a study, analysis and design for the GMV (Generalized Minimum Variance) control technique by using plants with certain difficulty and of interest for the industry and for the author that are been used or faced in the professional activity. Various GMV control strategies are developed and used to control four types of plants with complexities as dead time, non-minimum phase with integration, oscillatory and non-linear. The numerical environment for simulation is MatLab and essays with Shunta performance index are shown.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269434.pdf: 2858553 bytes, checksum: a40fb9d6bf0b6863a34590d7ae283c8a (MD5) / A repartida de poços é um procedimento de alta complexidade. Em uma repartida mal executada, a vazão de líquido pode apresentar um comportamento oscilatório com variações bruscas, denominado #golfada severa#, o que é indesejável por diminuir a produtividade; atrapalhar o processo de separação, que ocorre à pressão constante; ou, até mesmo, levar ao desligamento do sistema. Atualmente, a repartida é realizada de forma manual, seguindo um caráter conservativo. A execução é baseada principalmente na experiência dos operadores, onde visa-se amenizar as golfadas até que o poço atinja o ponto de operação. A eficiência do procedimento é altamente dependente do operador. A troca de turno dos operadores pode levar a diferentes formas de execução da repartida, indicando a existência de uma grande variabilidade do procedimento. Neste trabalho, é apresentada uma análise do procedimento de repartida para o mapeamento e a compreensão dos principais fenômenos e como estes se manifestam durante sua execução. É proposta a automatização da repartida com o objetivo de propiciar uma repartida suave e diminuir o grau de influência do operador. São propostas duas estratégias de controle utilizando a medição da pressão de fundo e atuando na abertura do choke de produção. A primeira, é baseada na curva estática que relaciona a pressão de fundo à vazão de gás de injeção. Esta pressão define a quantidade de líquido que entra no tubo de produção. A estratégia é formulada de forma intuitiva, e procura variar a pressão de fundo de acordo com a vazão de gás injetado, regulando indiretamente a vazão de líquido. A malha de controle faz uso de um controlador PI e a referência é calculada através de um algoritmo estimador de pressão de fundo baseado na vazão de injeção. Na segunda estratégia, um controlador nebuloso é projetado para retratar a forma de atuação que um operador teria durante a execução do procedimento. As estratégias propostas são testadas no simulado OLGA2000, da empresa ScandpowerPT, utilizando um modelo validado experimentalmente. Resultados de simulação mostram que ambas técnicas atendem às especificações, e que portanto propiciam uma repartida suave, amenizando as golfadas severas. / The gas-lift wells restart process has high complexity. If the procedure is not carefully executed, the production liquid flowrate can show an oscillatory behaviour, called #severe slugs#. This situation is undesirable because it causes productivity loss, decreases oil-watergas separation process performance or can lead to the shutdown of the system. Nowadays at the production fields, the restart process is still performed manually, following a conservative way and based on the human operator knowledge. The main objective relies on supressing the liquid slug until the system reaches its production operation point. However, the process efficiency and variability have high level dependence of the human operator. In this work, an analysis of the process is presented in order to better understand the behaviour of the main process variables. Moreover, a process automation is proposed in order to execute a well-behaved restart. Two free model strategies are presented, using the downhole pressure measurement as controlled variable and the choke openning as manipulated variable. The first strategy is based on the steady-state curve which gives the downhole pressure as function of the injection gas flowrate. This pressure defines the liquid flowing from the well into the tubing bottom. The strategy tries to mantain the downhole pressure close to its steadystate value depending on the gas flowrate being injected into the well, and thus, indirectly regulating the liquid flowrate at the tubing bottom. The downhole pressure setpoint is calculated through an estimaton algorithm considering the gas flowrate as input. A control loop is designed using a switching PI controller. The second strategy relies on a fuzzy logic control system. The controller is designed trying to retract the action sequence of the manually execution. The two proposed strategies are tested using an experimentally validated model implemented in the OLGA2000 simulator of ScandpowerPT. Simulations results show that both techniques provide an adequate restart process avoiding the #severe slugs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:04:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307711.pdf: 2294819 bytes, checksum: 5f5032af579c51b1d37580bf4b0aaf0c (MD5) / Em máquinas e equipamentos, podem ser encontrados vários casos em seus acionamentos onde a dependência apresentada entre o torque e a velocidade angular dos motores elétricos é um fator influente nos resultados obtidos. Na usinagem, esta dependência é uma das responsáveis, por exemplo, pela presença de vibrações nos processos de remoção de material. Na robótica, especificamente nos manipuladores seriais, este fator é um dos responsáveis pela geração de erros de trajetória de posição e força, devido à impossibilidade de se controlar a força e a velocidade de maneira independente. Assim, emerge a necessidade de um sistema que permita o controle independente do torque e da velocidade angular. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia baseada no Método de Davies que permite analisar o comportamento cinetoestático de um mecanismo qualquer, determinando as características necessárias para atingir a um número de graus de liberdade adequado, obtendo o controle de forma independente do torque e da velocidade angular entregues pelo mecanismo, com relação ao comportamento dos seus atuadores. Esta metodologia foi avaliada mediante sua aplicação em estudos de caso, onde foram procurados mecanismos que, cumprindo com determinadas características, permitem obter a independência das variáveis de torque e velocidade angular. São apresentados neste trabalho, a fundamentação teórica para desenvolvimento dos modelos matemáticos e de mecanismos e uma comparação dos resultados teóricos (resultantes da aplicação da metodologia) da dependência das variáveis do sistema e do seu comportamento, com resultados obtidos mediante simulações feitas em software de prototipagem matemática. / In machinery and equipment, can be found several cases in their drives, where the presented dependency between the torque and the angular velocity of the electric motors is an influential factor in results obtained. In machining, this dependency is one of the responsible, for instance, for the presence of vibrations within the material process removal. In robotics, specifically in serial manipulators, this factor is responsible for the generation of error regarding the force trajectory, due to the inability to control force and angular velocity independently. Thus, the need for a system allowing independent control of the torque and angular velocity comes out as a problematic issue. In this paper, it is proposed a methodology based on Davies' Method that permit to analyze the kinetostatic behavior of any one mechanism, determining the necessary characteristics to achieve a number of degrees of freedom appropriate, gaining control independently of the torque and angular velocity delivered by the mechanism with respect to the conduct of its actuators. This methodology was evaluated through its application in studies case, where was looking for mechanisms, carried out with specific characteristics, in order to achieve the independence of torque and angular velocity variables. This paper sets forth the theoretical bases for the development of mathematical models and mechanisms, and a comparison of theoretical results (outcome from the application of the methodology) from a dependency of the system variables and their behavior, with results obtained from simulations on prototyping mathematics softwares.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213569.pdf: 3767091 bytes, checksum: e164e4994edb5255765aa0452babc550 (MD5) / As atividades de projeto de sistemas automáticos ocorrem em diferentes domínios tecnológicos e, dependendo da amplitude do sistema, pode haver o envolvimento de diver-sos especialistas, cada qual capaz de resolver aspectos técnicos em sua área do conheci-mento. Por sua vez, entende-se que a integração de todos os especialistas é possível por meio de uma metodologia própria para sistemas automáticos que contemple, dentro do pos-sível, o processo de projeto de sistemas técnicos e o desenvolvimento de software. Nesse contexto, este trabalho apresenta a elaboração de um aplicativo para um sistema de projeto e controle de posicionadores hidráulicos. Este software realiza o controle de posição de sis-temas eletro-hidráulicos e também implementa um diagrama sistematizado de procedimen-tos para dimensionamento e análise estática e dinâmica de circuitos hidráulicos. Uma vez que esse software está incluso em um equipamento que se caracteriza por ser um sistema automático, foi utilizada neste trabalho uma metodologia própria para sistemas automáticos com o intuito de se alcançar as funções as quais o software desenvolvido deve contemplar. Por sua vez, a implementação destas funções foi realizada seguindo-se aspectos da enge-nharia de software. Demonstrou-se que esta metodologia empregada, a qual integra técni-cas de descrição gráficas para sistemas automáticos e busca ser neutra quanto a possíveis implementações, mostrou-se uma ferramenta eficiente no projeto de sistemas automáticos. The design activities for the mechatronic systems happen in different technological domains. The many specialists' involvement can happen depending on the complexity of the system, each one capable to solve technical aspects in your knowledge area. However, we understand that the integration of all these specialists is possible through an appropriate methodology for mechatronic systems that contemplates the process of technical systems design and software development as much as possible. In this context, this work presents the building of an application for a system of design and control of hydraulic positioning sys-tems. For this, this software accomplishes the control of position of electro-hydraulic systems and also to implement a systematized diagram of procedures for the sizing and the analysis static and dynamic of hydraulic circuits. Because this application is included in an equipment that is characterized by being a mechatronic system, in this work is used an appropriate methodology for mechatronic systems with the intention of reaching the functions which the application to be developed should contemplate. Later, the implementation of these functions is accomplished following software engineering aspects. Like this, we can prove that this modelling methodology - which integrates graphic description techniques for mechatronic systems and tries to be neutral for possible implementations - is shown as an efficient tool in mechatronic systems design.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T10:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 205078.pdf: 4002269 bytes, checksum: bf0adca69004d355c6eada97a72d7c07 (MD5) / A engenharia de Controle tem no Brasil uma situação diferenciada em relação a outros países, com uma habilitação específica regulamentada pelos órgãos educacional e profissional, em reconhecimento à relevância da área e de sua principal aplicação, a automação, para a tecnologia atual. Diante deste contexto e da falta de estudos aprofundados sobre essa engenharia recente, ainda fortemente dependente de cursos clássicos, esta tese objetiva definir bases racionais adequadas para seu processo pedagógico, tendo como referência a realidade brasileira e as esparsas pesquisas disponíveis (estudos complementares são apresentados). Tais bases são desenvolvidas através de modelos epistemológico e pedagógico, que tratam, respectivamente, das relações coletivas e individuais com o conhecimento, sustentando-se em um arcabouço filosófico consistente e bem definido. O modelo epistemológico situa o conhecimento em controle, definindo sua natureza e dinâmica, e caracterizando os aspectos experimentais e aplicados. O pedagógico, por sua vez, parte do epistemológico para representar as relações pedagógicas do curso e indicar princípios a serem buscados em sua formação. A partir dos modelos são realizados estudos transversais que os corroboram, estendendo-os principalmente sobre nossa realidade de formação. Por último, é aprofundada a questão da síntese curricular, com a indicação de corolários que podem orientar os colegiados dos cursos na definição das estratégias pedagógicas e dos objetos de formação locais. A tese procura atender, deste modo, seu objetivo implícito de sistematizar, em torno de um eixo racional próprio, os conhecimentos relacionados à formação em engenharia de controle, catalisando o desenvolvimento da comunidade [nacional].

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T21:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208780.pdf: 2874045 bytes, checksum: 159b1e2643264f5b63def2398ce4ab3d (MD5) / Os controladores PID (proporcional, integral e derivativo) avançados são controladores compostos de estrutura PID, cujos parâmetros são sintonizados por um dos métodos pertencentes ao controle inteligente, robusto, preditivo, adaptativo, não-linear ou ótimo, sem que se modifique o princípio de atuação desses parâmetros. A proposta desta dissertação é desenvolver e comparar diferentes técnicas de controle PID avançadas aplicadas ao controle, em ambiente de simulação, da espessura de chapas de aço produzidas por um laminador quádruo simples. A motivação deve-se ao fato de ser a laminação a área de maior influência no custo operacional do aço, além do constante esforço dos engenheiros para melhorar o desempenho, a produtividade e a qualidade do produto. No estudo de caso obtém-se a modelagem de uma cadeira de laminação, observando-se as variáveis pertinentes ao controle, bem como a descrição dos principais problemas como o atraso de transporte inerente à medição de espessura e o efeito da excentricidade devida a imperfeição dos cilindros. A dissertação aborda estratégias de controle PID avançados visando melhor o tratamento do atraso de transporte, usando abordagens de controle preditivo generalizado e compensadores PID, apresentando as etapas de desenvolvimento das abordagens avançadas a partir da técnica clássica. As simulações são realizadas para análises do comportamento regulatório da malha de controle, da robustez e da tolerância à excentricidade em regime permanente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T01:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 207801.pdf: 451649 bytes, checksum: 68552b22d252f7e4d6735e5ef998d27d (MD5) / O presente trabalho visa o desenvolvimento e implementação de algoritmos envolvidos na síntese de supervisores modulares para sistemas modelados através do paradigma de sistemas condição/evento (C/E). Os sistemas condição/evento consistem em uma classe de sistemas a eventos discretos em tempo contínuo, que permitem a modelagem e a análise de sistemas de tempo contínuo como a interconexão de subsistemas com sinais de entrada e saída discretos. Nesta abordagem, pode-se modelar o sistema de modo que os eventos sejam associados a saídas da planta (por exemplo, sinais de sensores) e os comandos gerados pelo agente de controle sejam associados a entradas da planta (condições), o que permite obter modelos cujos sinais de entrada e saída sejam mais próximos aos reais. Além disto, ela se adapta perfeitamente tanto à modelagem de sistemas a eventos discretos (SEDs) quanto à modelagem de sistemas híbridos (SHs) e possibilita que a modelagem destes sistemas seja feita através de diagramas de blocos e de fluxos de sinais, tal como ocorre normalmente na teoria de sistemas. O problema de controle supervisório modular é formulado através do paradigma de modelagem de sistemas C/E, e é resolvido através da teoria de controle supervisório de SEDs. Baseado no contexto da metodologia proposta, algoritmos foram desenvolvidos e implementados, formando uma ferramenta computacional que reúne as funções necessárias para a síntese de supervisores para sistemas modelados através deste paradigma. Um exemplo prático é utilizado para ilustrar a utilização da ferramenta para a resolução de um problema de controle supervisório modular.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T04:56:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:37:53Z : No. of bitstreams: 1 184514.pdf: 42091346 bytes, checksum: 7d9e4a5e2320934b6172c94221c34b91 (MD5) / Este trabalho trata do projeto e implementação experimental de controladores para atuadores hidráulicos e da utilização de tais atuadores em robótica. Inicialmente, são desenvolvidos modelos matemáticos não lineares e linearizados dos atuadores hidráulicos de deslocamento linear (atuadores lineares) e de deslocamento angular (atuadores rotativos). A seguir, trata­se do problema do controle dos atuadores hidráulicos. São demonstradas as limitações de desempenho dos controladores clássicos dos tipos P, PD, PI e PID quando aplicados a estes sistemas, o que justifica a utilização de controladores avançados como backstepping e dois graus de liberdade. Estes controladores mostram­se adequados para o controle dos atuadores hidráulicos, apresentando bom desempenho e robustez, mesmo diante de incertezas paramétricas, dinâmicas não modeladas e perturbações. Os resultados obtidos são validados tanto por simulação quanto experimentalmente, em uma bancada de testes do Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP). Finalmente, discute­se a aplicação dos atuadores hidráulicos em robótica, com a modelagem de um robô hidráulico e a proposição de um controle por backstepping para este robô.

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:52:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-29Bitstream added on 2015-05-14T16:59:42Z : No. of bitstreams: 1 000824860.pdf: 865139 bytes, checksum: e4d4cacc3a29a9410d55fa34e35b3949 (MD5) / Os desastres naturais são de grande interesse para engenharia, pois são fenômenos de caráter dinâmico. O desastre natural estudado neste trabalho é a ocorrência de ações sísmicas sobre estruturas, mais precisamente a ação das vibrações de terremoto em estruturas civis. Para realizar este estudo, o modelo matemático proposto é um pórtico plano simples sob a ação de excitação sísmica Tajimi-Kanai, causando instabilidade na estrutura com um comportamento caótico. A alternativa proposta para minimizar estas vibrações sísmicas e reduzir o movimento oscilatório do sistema para uma órbita estável é o controle híbrido. O controle hibrido é uma combinação de estratégias de controle ativo e semi-ativo, com a função de ajudar a prevenir este desastre natural. O controle ativo utilizado foi o controle linear ótimo e o controle semi-ativo utilizado foi o amortecedor magneto reológico acoplado na estrutura. Com a aplicação desse controle híbrido foi possível minimizar as vibrações sísmicas reduzindo o movimento oscilatório para um comportamento estável / Natural disasters are a major importance for engineering because they are phenomena of nature dynamic. The natural disaster studied in this work is the occurrence of seismic actions on structures, specifically the action of earthquake vibrations in civil structures. To conduct this study, the mathematical model of a simple portico plane under the action of Tajimi-Kanai seismic excitation, causing instability in the structure with a chaotic behavior. The alternative proposed to minimize these seismic vibrations and reducing the oscillatory movement of the system to a stable point is the hybrid control. The hybrid control is a combination of strategies for active and semi-active control, with the function to help prevent this natural disaster. The active control was used as optimal linear control and semi-active control the magneto rheological damper coupled structure. With the application of this hybrid control was possible to minimize seismic vibrations reducing the oscillatory movement to a stable behavior

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-09. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:33Z : No. of bitstreams: 1 000836510.pdf: 733047 bytes, checksum: 0974d0626d02737133a5bde72e9af8d1 (MD5) / Diversos protótipos de sistemas Maglev (transporte de levitação magnética) em todo o mundo, principalmente na Alemanha e Japão, têm demonstrado que este modo de transporte pode lucrativamente competir com o transporte aéreo. No entanto, um sistema Maglev tal como o Transrapid da Alemanha é inerentemente instável. Esta instabilidade deve-se ao sistema de suspensão eletromagnética, a qual usa força atrativa para levitar o trem. Com isto, algum sistema de controle da levitação deve ser implementado para tornar a operação segura. A partir de um modelo simplificado para o sistema experimental Transrapid é possível investigar a instabilidade e consequentemente propor algum projeto de controle. Neste trabalho, é proposto dois projetos de controladores ótimos. As seguintes técnicas são utilizadas para projetar os controladores: Regulador linear Quadrático (LQR) e Equação de Riccati Dependente do Estado (SDRE). O primeiro projeto é um controlador linear, já o outro é não-linear. As simulações computacionais mostram que o controlador SDRE permite o sistema Maglev operar com perturbações muito maiores no entreferro do que o controlador LQR permite / Several experimental Maglev (magnetic levitation transport) systems all around the world, mainly in Germany and Japan have demonstrated that this mode of transportation can profitably compete with air travel. However, a system such as the German Maglev train (called Transrapid) is inherently unstable. This instability is because the electromagnetic suspension system uses attractive force to levitate the train. Herewith, some levitation control system must be implemented to make safe operation. From a simplified model for the Transrapid experimental system is possible to investigate the instability and to propose some control design. In this work, we propose two control designs for the system. The following techniques are used to design the controllers: Linear Quadratic Regulator (LQR) and State-Dependent Riccati Equation (SDRE). The first project is a linear controller, while the other is non-linear. Simulations shows that the SDRE controller allows the Maglev system to operate with much larger disturbances in the air gap than the LQR controller does