De maneira geral, a necessidade de aumentar o desempenho e diminuir o tamanho dos sistemas mecatrônicos tem levado a indústria moderna a idealizar e desenvolver sistemas de posicionamento com boas características de aceleração e precisão de posicionamento. Por outro lado, a crescente demanda de componentes com melhores características metrológicas e de acabamento, tais corno lentes para raio X e infra vermelho, tem exigido o desenvolvimento de variados tipos de sistemas de microposicionamento capazes de movimentar elementos de máquinas em distâncias muito pequenas com alto grau de exatidão, dentre os quais podem-se destacar os acionados por meio de atuadores piezoelétricos. Este trabalho propõe a utilização de um novo tipo de atuador baseado na propriedade de estricção eletromagnética de certas ligas metálicas (atuadores magnetoestritivos) associado a um sistema de controle digital que utiliza um algoritmo de controle baseado em lógica difusa e redes neurais artificiais para o controle de microposicionamento. Metodologias e princípios de projeto para engenharia de precisão são abordados de forma a auxiliar no desenvolvimento de dois protótipos de posicionadores para uso em usinagem de ultraprecisão. Resultados obtidos em testes experimentais apontam para urna melhoria no comportamento dinâmico dos microposicionadores acionados por atuadores magnetoestritivos. Isto permite sua utilização como alternativa válida no posicionamento submicrométrico. / In general, actual requirements such as high performance and small sizes of mechatronic systems, has led modern industry to design positioning systems with good characteristics of acceleration and positioning accuracy. The increasing demand of components with better metrological and finish characteristics, as X-ray and infra-red lens, has allowed the development of a number of types of micropositioning systems that are able to move machine elements to very small distances with high levels of accuracy. In this work it is proposed the use of a new type of actuator that applies the properties of electromagnetic strain of certain metallic alloys (magnetostrictive actuators). lt is also proposed the application of a digital control system that uses a control algorithm which is based on fuzzy logic and artificial neural networks for the micropositioning control. Design principles and methodologies related to precision engineering are discussed with the purpose of aiding the development of two prototypes of positioners for ultraprecision rnachining, experimental results show that micropositioner driven by magnetostrictive actuators have better dynamics behaviours. This allows the use of such actuators as an valid alternative for positioning in submicrometer range.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Ernane Antônio Alves Coelho / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Resumo: Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas ("interleaving"), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de "interleaving", as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do "ripple" da corrente de entrada, a redução da amplitude do "ripple" de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively. / Doutor

Este trabalho trata da retificação trifásica com elevado fator de potência. São mostradas algumas soluções encontradas na literatura. Dentre elas, optou-se pela utilização de um conversor trifásico autocomutado do tipo fonte de tensão (VSC), operando em modulação em largura de pulso (PWM). Apresenta-se a modelagem do conversor, que é utilizado para o projeto dos controladores responsáveis pelo rastreamento das correntes da rede CA e pela regulação da tensão CC. O projeto do controlador das correntes CA, baseado na estratégia de dead-beat, é mostrado de forma simples e intuitiva e é discutida a estabilidade deste controlador. O projeto do controlador PI utilizado para a regulação da tensão CC é baseado no modelo linearizado do conversor. É utilizado um algoritmo simples e eficiente para o bloco PLL, baseado na estratégia “dead-beat”. O comportamento do sistema completo é verificado teoricamente, por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o excelente desempenho das estratégias de controle e do método de projeto propostos. São discutidos ainda os efeitos da variação nos parâmetros no desempenho e na estabilidade do sistema. / This study investigates three-phase rectifiers with high power factor. Some existing solutions in the literature are presented. One of them, the three-phase voltage source converter (VSC) rectifier with pulse width modulation (PWM) is chosen to be used. Converter modeling is presented and used to design a mains current tracking controller and a DC voltage regulator. AC current controlling based on the deadbeat strategy is presented in a simple and intuitive way, and the stability of this controller is discussed. The DC side PI controller is designed based on the linearized model of the converter. A simple and efficient PLL block algorithm, based on the deadbeat strategy is presented. The behavior of the complete system is verified theoretically, by numerical simulation and experimental results, confirming the excellent performance of the proposed control strategy and method of design. The effects of parameter mismatch on system performance and stability are also discussed.

Este trabalho trata da retificação trifásica com elevado fator de potência. São mostradas algumas soluções encontradas na literatura. Dentre elas, optou-se pela utilização de um conversor trifásico autocomutado do tipo fonte de tensão (VSC), operando em modulação em largura de pulso (PWM). Apresenta-se a modelagem do conversor, que é utilizado para o projeto dos controladores responsáveis pelo rastreamento das correntes da rede CA e pela regulação da tensão CC. O projeto do controlador das correntes CA, baseado na estratégia de dead-beat, é mostrado de forma simples e intuitiva e é discutida a estabilidade deste controlador. O projeto do controlador PI utilizado para a regulação da tensão CC é baseado no modelo linearizado do conversor. É utilizado um algoritmo simples e eficiente para o bloco PLL, baseado na estratégia “dead-beat". O comportamento do sistema completo é verificado teoricamente, por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o excelente desempenho das estratégias de controle e do método de projeto propostos. São discutidos ainda os efeitos da variação nos parâmetros no desempenho e na estabilidade do sistema. / This study investigates three-phase rectifiers with high power factor. Some existing solutions in the literature are presented. One of them, the three-phase voltage source converter (VSC) rectifier with pulse width modulation (PWM) is chosen to be used. Converter modeling is presented and used to design a mains current tracking controller and a DC voltage regulator. AC current controlling based on the deadbeat strategy is presented in a simple and intuitive way, and the stability of this controller is discussed. The DC side PI controller is designed based on the linearized model of the converter. A simple and efficient PLL block algorithm, based on the deadbeat strategy is presented. The behavior of the complete system is verified theoretically, by numerical simulation and experimental results, confirming the excellent performance of the proposed control strategy and method of design. The effects of parameter mismatch on system performance and stability are also discussed.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-10-02Bitstream added on 2014-06-13T20:00:55Z : No. of bitstreams: 1 apolinario_gc_dr_ilha.pdf: 993144 bytes, checksum: 6a42aeb7f6d7fcc40c4a9b8b2f5f9dd7 (MD5) / Este trabalho propõe novas estratégias de controle discreto que utilizam preditores de estados. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes aplicados em sistemas que possuem atraso no sinal de controle. As leis sugeridas são caracterizadas principalmente por sua simplicidade de implementação em dispositivos digitais e por proporcionar cálculos rápidos para gerar os sinais de controle. A motivação para essa pesquisa é devido ao amplo interesse do setor de controle e automação pelas influências dos atrasos, em suas diferentes formas, nos projetos de controle. Utiliza-se um preditor já consolidado na literatura em uma das estratégias proposta, enquanto que nas demais estratégias novos preditores são vistos com o objetivo de minimizar os efeitos degenerativos dos atrasos aos projetos. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Com o intuito de validar cada um dos controladores propostos, são apresentados resultados de simulações computacionais em um exemplo de sistema linear de ordem três, em um sistema linear que representa a suspensão ativa de um automóvel e em um sistema não linear que representa o sistema de um pêndulo invertido. No sistema de pêndulo invertido, que em malha aberta é de natureza instável, é proposto um algoritmo de detecção e acomodação automática de falha por atraso no sinal de controle. O presente trabalho mostra resultados satisfatórios mesmo com atrasos constantes e maiores que o período de amostragem, o que comprova a eficácia dos novos controladores / This work proposes new strategies of discrete-time control using state predictors. The main focus was the Sliding Mode Control applied to systems that present delay in the control sign. The suggested control laws are characterized by their simplicity of implementation in digital devices and provide a quick procedure to generate control signals. The motivation for this research is due to the wide interest in the automation and control areas for influences of several kinds of delays, in control projects. We use a predictor widely seen in the literature of the proposed strategies, while for other predictors new strategies are adressed to minimize the degenerative effects of delay in systems. The proposed design methods can be applied to the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. In order to validate each of the proposed controllers we present results of computer simulations for an example of a linear system of third order that represents the active suspension of a vehicle and a nonlinear system which represents an inverted pendulum. In the inverted pendulum system which is of unstable nature, we propose an algorithm for automatic detection and fault accommodation for delay in the control signal. The present work shows satisfactory results even with constant delays and larger sampling period, which proves the efficiency of the new controllers

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-27Bitstream added on 2014-06-13T19:40:21Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_fas_dr_ilha.pdf: 8475996 bytes, checksum: 3f15a590474f620a763dcc65faf6248f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas (interleaving), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de interleaving, as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do ripple da corrente de entrada, a redução da amplitude do ripple de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos... / This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: A tese de doutorado tem como objetivo específico a proposição de um sistema de controle digital aplicado ao compensador série TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator), cujo efeito é proporcionar regulação de tensão para cargas dinâmicas presentes no sistema de distribuição de energia elétrica, como no caso de partida de motores elétricos. Os estudos teóricos contemplam a análise detalhada do estágio de potência do TCSC operando em regime permanente. Gráficos generalizados indicam o comportamento harmônico, as possibilidades de ressonância paralela, a característica de reatância fundamental e os esforços de tensão e corrente nos elementos do TCSC ideal, base para a especificação dos componentes do estágio de potência do compensador série. Os resultados para operação em regime permanente do protótipo indicam, nas condições de plena carga, nível máximo de compensação capacitiva de 125% e aumento na regulação de tensão na carga de 7,3% quando comparado às condições da linha sem compensação. A operação em malha fechada do compensador série realizada por controladores digitais do tipo proporcional-integral com saturação anti-windup e realimentações via Integradores Generalizados de Segunda Ordem Multirressonante (IGSOM), garantem robustez, boa dinâmica na resposta transitória e erro nulo em regime permanente para a regulação da reatância fundamental do TCSC. Os ensaios experimentais com partidas diretas de motores demonstram o efeito positivo do compensador série na regulação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Albuquerque, L. T. Retificador ativo com alto fator de potência utilizando controle indireto de corrente por deslocamento de amostra de tensão. 2017. 148 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2017. / Submitted by Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica e de Computação (secretaria_ppgeec@sobral.ufc.br) on 2017-10-18T15:51:33Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_ltalbuquerque.pdf: 3310839 bytes, checksum: 6d6c80a5608fbfe18bb9b3b3579d5e38 (MD5) / Approved for entry into archive by Djeanne Costa (djeannecosta@gmail.com) on 2017-10-19T13:56:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_ltalbuquerque.pdf: 3310839 bytes, checksum: 6d6c80a5608fbfe18bb9b3b3579d5e38 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-19T13:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_ltalbuquerque.pdf: 3310839 bytes, checksum: 6d6c80a5608fbfe18bb9b3b3579d5e38 (MD5) Previous issue date: 2017 / This master thesis presents a power factor correction technique for single phase current sensorless Boost Bridgeless rectifier, digitally implemented. The technique is based on input voltage samples, used as modulating signal to generate the PWM pulses. The control of power flow is made by shifting the modulating signal, i.e. the input sampled voltage. The advantages of this technique are: the absence of the current control loop; no need of current sensor; use of processors with low computational capability; the Phase Locked Loop is not needed; efficiency for any input voltage waveform. In order to validate the proposed technique, simulations were performed and collected experimental results from a 500W rated power prototype, by which power factors were obtained around 0.996, and harmonic distortion within the limits of IEC 61000-3-2:2014. / Este trabalho apresenta uma técnica para correção de fator de potência com um retificador Boost Bridgeless monofásico sem utilização de sensor de corrente, implementada digitalmente. Esta técnica utiliza amostras da tensão de entrada deslocadas no tempo como sinal modulador, as quais são utilizadas para o acionamento dos interruptores do retificador. A técnica proposta se diferencia das demais pelo fato de não necessitar de uma malha de controle da corrente de entrada, de não utilizar sensor de corrente, de possibilitar a utilização de processadores com reduzida capacidade computacional, de não necessitar da utilização de Phase Locked Loop (PLL) e por poder ser aplicada a quaisquer formas de onda periódica da tensão de entrada. A fim de validar a técnica proposta foram realizadas simulações e coletados resultados experimentais a partir de um protótipo de 500W de potência, com o qual foram obtidos fatores de potência da ordem de 0,996, além de taxas de distorção harmônica dentro dos limites da Norma IEC 61000-3-2:2014.

[pt] Este trabalho apresenta uma solução para o problema de posicionamento automático preciso de um corpo em um plano horizontal, atendendo à restrição de não gerar campo magnético significativo junto ao objeto a ser posicionado. A motivação do trabalho reside na necessidade, por parte do Laboratório de Supercondutividade Aplicada e Magnetismo (LSAM) do Departamento de Física, de um posicionador para experimentação em magnetocardiografia. Inicialmente são discutidas as tecnologias de automação aplicáveis ao problema, justificando-se a opção por um sistema pneumático de atuação. O sistema posicionar montado é então descrito em profundidade, abordando-se os aspectos relacionados à geometria do problema em questão, materiais, montagens mecânicas e o sistema de controle digital. A seguir é apresentada uma abordagem matemática para o problema de controle de posição em malha fechada, visando à definição de uma lei de controle aplicável ao caso em estudo. Alguns resultados analíticos são obtidos para controle de sistema caracterizados por atrito Coulombiano, ao mesmo tempo em que se desenvolve um modelo para simulação numérica da dinâmica de movimento do posicionador. Com base nestas duas ferramentas, é apresentada uma discussão sobre a aplicabilidade dos controladores da família PID ao caso específico considerado. Por fim, resultados reais obtidos com a lei de controle proposta são comparadores aos resultados simulados, mostrando-se a validade e a utilidade do modelo teórico. / [en] This thesis presents a solution or the problem of automatic precise positioning of na object in the horizontal plane, not generating any significative magnetic field in the region close to the object to be positioned. The study presented was developed as part of an effort to fulfill a necessity for a positioning system for magnetocardiography experimentation in the Magnetism and Applied Supercondutivity Laboratory of the Departament of Physics of this University. A discussion over applicable automation option is presents, along with a justification for a choice of a pneumatic actuating system. The whole precise positioning assembly is described in detail, including subjects such as movement geometry, material, mechanical structures and the digital control system. A mathematical study of the closed of the closed loop position control problem is then developed, aiming to define a control algorithm applicable to the problem. Algebraic analysis is used to describe the influence of Coulomb friction over the equations of motion of a proportional position control system, while a model for simulations experiments of the assembly´s positioning dynamics is developed. These tools are used as the basis for a discussion over the applicability of the PID controlers in the case in study. Moreover, the behavior of the proposed algorithm is recorded and compared to the results of the simulations, showing the correctness and the utility of the theoretical analysis.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:43:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220917.pdf: 1077714 bytes, checksum: 47066db00f498f4682f808e120447cd8 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e implementação de um sistema de controle digital para o estágio de saída de uma fonte de alimentação para telecomunicações, conversor FB-ZVS-PS, utilizando o processador digital de sinais TMS320LF2407 da Texas Intruments. Este trabalho foi motivado, não só pelas vantagens proporcionadas pelo controle digital, tais como flexibilidade e redução de volume, como também pela necessidade de desenvolvimento nas técnicas de controle para o segmento de retificadores monofásicos. Para a realização deste trabalho foi necessário, além do estudo do estágio de potência e do processador, a elaboração de uma solução digital original de controle "phase-shift" aplicada ao conversor FB-ZVS-PS. Um protótipo utilizando uma placa de circuito impresso de uma fonte comercial de 600 W foi desenvolvido para validação desta técnica. Os resultados obtidos foram extremamente satisfatórios com destaque para o comportamento dinâmico verificado através de reduzidas variações na tensão de saída sob mudanças de carga.