O uso de atuadores chaveados tornou-se comum em muitas aplicações, por exemplo, no controle de atitude de sistemas aeroespaciais. Tipicamente estes atuadores estão sujeitos a restrições temporais de chaveamento por razões tecnológicas. Neste contexto o projeto de controladores tradicionais busca operar em ciclo limite com amplitudes e frequências adequadas. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de duas formulações de controladores preditivos para sistemas com atuadores sujeitos a restrições temporais de chaveamento. Nas abordagens propostas, as ações de controle são especificadas por uma sequência de valores inteiros pertencentes ao conjunto {-1; 0; 1}, que representam os atuadores completamente acionados em uma das duas possíveis direções {-1 ou +1} ou atuadores desligados {0}. O sinal de controle ótimo é obtido pela minimização de uma função custo que penaliza os desvios da saída regulada com respeito à referência desejada. As restrições temporais de chaveamento são consideradas impondo-se restrições sobre o número mínimo de elementos iguais e consecutivos dentro da sequência de controle. Como resultado, chega-se a um problema de programação inteira linear mista (MILP - Mixed Integer Linear Programming), a ser resolvido em cada instante de amostragem. Alternativamente, uma forma explícita para a lei de controle pode ser obtida por meio de programação multiparamétrica (mpMILP - multi-parametric Mixed Integer Linear Programming). As formulações são investigadas por meio de simulações numéricas.

O presente trabalho apresenta a aplicação de uma formulação de controle preditivo robusto baseado em desigualdades matriciais lineares para o controle de nível do tanque de processo de uma planta piloto industrial sujeita a restrições de amplitude na entrada. A fim de garantir a estabilidade da planta, mesmo diante de possíveis falhas que resultem na introdução de atrasos de tempo adicionais, foram projetados controladores robustos considerando atrasos incertos e restrições na entrada. De modo a obter erro em regime nulo, mesmo na presença de perturbações constantes, foi incluído no controlador uma ação integral. Adicionalmente, empregou-se um procedimento de reinicialização de integrador apresentado na literatura, visando diminuir o sobressinal da resposta transitória. Além disso, um novo critério para a reinicialização de integrador foi proposto, através do uso de uma região de custo garantido, previamente caracterizada por meio da solução de um problema de programação semidefinida. Os resultados, obtidos por meio de simulações e ensaios em bancada, mostram que os controladores robustos projetados proporcionaram estabilidade e rastreamento de referência degrau sem erro de regime, mesmo na presença de atrasos adicionais. Ademais, o procedimento de reinicialização de integrador mostrou-se de valia para redução do sobressinal e do tempo de acomodação, comprovando resultados da literatura que haviam considerado apenas cenários de simulação. Em particular, o novo critério proposto para reinicialização do integrador foi útil para melhorar ainda mais a resposta transitória.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T09:34:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T19:44:00Z : No. of bitstreams: 1 137944.pdf: 5607382 bytes, checksum: 7ed31fccb2f41738d5bc2abc5a1d3f0a (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T09:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241062.pdf: 1884685 bytes, checksum: 43ce55a2924e4c7e83cc0a8f0caf3653 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo direcionado à análise e projeto de controladores preditivos baseados em modelo para sistemas lineares e não lineares com atraso, visando a melhoria da robustez e levando em conta aspectos práticos de aplicação. O estudo considera sistemas lineares estáveis, integradores, instáveis, não lineares e um estudo de caso na área da medicina. No primeiro caso, estudam-se as condições que deve satisfazer um sistema de controle preditivo linear para garantir a estabilidade robusta de malha fechada quando se controlam processos estáveis com incertezas no atraso. No segundo e terceiro apresenta-se o estudo do controle preditivo de sistemas lineares com dinâmica integradora ou instável e atraso e propõe-se um novo algoritmo que utiliza idéias de controladores de compensação de tempo morto robustos. No caso de sistemas não lineares propõe-se a extensão das propriedades de robustez de um algoritmo utilizado em sistemas de controle lineares com atraso para processos não lineares com atraso. Finalmente apresenta-se um estudo de caso aplicado à dosagem de anestesia a pacientes durante cirurgia, com garantia de estabilidade sob condições de operação. Resultados de simulação ou ensaios numa planta piloto são apresentados para cada tipo de controlador proposto, mostrando as vantagens dos métodos de ajuste, que principalmente estão orientados a melhorar a robustez e permitir a sua aplicação simples em processos industriais. This work presents the analysis and design of model-based predictive controllers MPC for linear and nonlinear dead-time systems. The proposed control strategies take into account both practical aspects and robustness specifications. The study considers: (i) stable, integrative and unstable linear systems, (ii) nonlinear systems and (iii) a medicine area case study. In the first case, the necessary conditions to guarantee the robust stability when MPC are applied to stable processes with dead time are studied. In addition, it is proposed a robust predictive controller for integrative or unstable linear processes with dead time. This controller uses some of the robustness ideas of dead-time compensators. In the second case, the robustness properties of linear predictive controllers are extended for stable nonlinear processes with dead time. Finally, it is presented a case study where the robust MPC is applied to drug dosing during anesthesia in patients undergoing surgery. Also, a tuning rule is obtained to guarantee the stability of the system under operation conditions. Experimental or simulation results are presented for each proposed controller, to illustrate the advantages of the tuning methods.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:03:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255041.pdf: 2494542 bytes, checksum: 73f71dc6d21734ec8fc9d63dba406548 (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova ferramenta de identificação, análise e projeto de controladores para sistemas lineares e monovariáveis com atraso de transporte, o qual integra as principais estruturas de controle utilizadas no meio industrial: PID (Proportional-Integral-Derivative), DTC (Dead-time Compensator) e MPC (Model Predictive Control ). A ferramenta, que permite o estudo de várias estruturas de controle, o entendimento das mesmas e a comparação de resultados obtidos, foi desenvolvida com a finalidade de dar suporte aos algoritmos de controle estudados no livro Control of Dead-time Processes e suprir a falta de simuladores deste tipo, especialmente orientados aos sistemas com atraso. No decorrer do texto, o leitor terá acesso aos principais conceitos relacionados ao tema com diversos exemplos aplicados. Conceitos estes que foram fundamentais para o desenvolvimento do projeto. Um estudo de caso industrial também faz parte do trabalho. Em parceria com a usina Ingenio La Unión, S.A., localizada na Guatemala, a ferramenta foi utilizada para a modelagem, projeto e simulação dos laços de controle de seus processos, onde, com experimentos realizados, foi constatada uma grande melhora no desempenho de seus sistemas. Ademais, está vinculado ao projeto, um manual que descreve detalhadamente as funções e configurações da ferramenta, permitindo seu uso de forma fácil e correta.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:58:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260048.pdf: 772978 bytes, checksum: 0bf579c7980ffd7cd857111de01ae8ad (MD5) / O congestionamento urbano tem crescido notoriamente e os impactos negativos causados s#ao os mais diversos, transitando do aumento de tempo de jornada a quest#oes de sa´ude e ambientais. Uma alternativa no combate a esse efeito se d´a atrav´es do aumento da efici#encia das malhas vi´arias urbanas. Diversas estrat´egias de controle em tempo-real existem com esse intuito, sendo a Traffic-responsive Urban Control , ou TUC, de especial interesse por apresentar bons resultados pr´aticos e estar consolidando-se em grandes centros. Essa, por´em, efetua o controle de fra¸c#oes de verde de forma heur´ýstica, atrav´es de um regulador quadr´atico-linear de dois est´agios. Prop#oe-se um novo m´odulo de controle para este fim utilizando a teoria de controle preditivo, o qual considera as restri¸c#oes intr´ýnsecas do modelo de redes vi´arias explicitamente, garantindo a otimalidade do sinal de controle calculado para o horizonte de tempo observado. Posteriormente modifica-se o m´odulo de controle para que opere de forma distribu´ýda, estabelecendo condi¸c#oes de converg#encia `a solu¸c#ao ´otima. Resultados num´ericos e de simula¸c#ao da aplica¸c#ao do m´etodo a duas malhas vi´arias modelos s#ao apresentados e demonstram um desempenho ora equivalente, ora superior ao regulador original da estrat´egia TUC. Urban congestion has grown notoriously and the negative impacts range from increased journey times to health and environmental issues. A way to cope with this effect is to increase urban network efficiency. For this purpose several real-time control strategies have been developed, one being the Traffic-responsive Urban Control, or simply TUC. This approach has consolidated itself among the representative real-time control strategies and is of particular interest for its good performance in practical emplementations. Nevertheless, TUC uses a heuristic two-stage linear-quadratic regulator to perform split control. A new split control module is proposed to replace the original sub-optimal one. Based on model predictive control, this new strategy can handle the intrinsic constraints of the urban network model explicitly, therefore ensuring optimality of the solution found for the given prediction horizon. A distributed version of the proposed control is developed, along with conditions for its convergence to the centralized optimal solution. Numerical results and simulations from the application of the methods to two urban networks show that the predictive control strategies usually produce a performance better than or at least comparable to the baseline TUC regulator.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:09:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336141.pdf: 2677275 bytes, checksum: ee02c7392a3ab54601bd3b439b2e47aa (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta um estudo de diversas estruturas de controle baseadas no algoritmo de controle preditivo generalizado, Generalized Predictive Control (GPC), e no controle repetitivo, Repetitive Control (RC). Os controladores analisados possuem as vantagens do controle preditivo no que diz respeito à otimização e ao tratamento de restrições e as do controle repetitivo no tratamento de perturbações periódicas, caracterizando a estrutura de controle preditivo generalizado repetitivo, Repetitive Generalized Predictive Control (RGPC). A estrutura proposta usa ação de controle repetitiva, baseada em um modelo interno com filtro de robustez e faz o tratamento das restrições considerando a repetitividade da ação de controle. O estudo compara diversas possibilidades de implementação, uma clássica e outra com o projeto separado, apontando vantagens e desvantagens de cada uma, assim como a aplicação em um estudo de caso.<br> / Abstract : This work presents a study of different control schemes based on the GPC and RC. These controllers have the advantages of online optimization and contraint hadling of the predictive control and periodic signals treatment of the repetitive control, defining the RGPC. The proposed structure uses a repetitive control action based on an internal model with robustness filter and deals with constraints considering the control action repetitiveness. The study compares various implementation possibilities, a classic and a separated design, pointing advantages and disadvantages of each one as well as their implementation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345230.pdf: 7717864 bytes, checksum: 04e0f5aa4347227fd8641fd245823b8b (MD5) Previous issue date: 2016 / Métodos de controle de intervalo para operação de sistemas de ônibus baseados em retenção são analisados para demonstrar que permitir variação nos intervalos entre ônibus consecutivos resulta em possíveis ganhos no tempo de viagem dos usuários, comparado à estrita aderência ao intervalo planejado. Este resultado, obtido empiricamente, indica que a operação ótima não é necessariamente alcançada com intervalos iguais. Tal constatação está relacionada ao fato já conhecido de que não deve haver muitos pontos de controle para correção dos intervalos. Três métodos de controle realimentado são testados, bem como um método de controle preditivo baseado em modelo que busca minimizar o tempo de espera dos usuários na estação e a bordo. O cenário para testes é um corredor BRT modelado em ambiente de microssimulação. Resultados da simulação indicam uma maior regulação dos intervalos e diminuição no tempo de viagem para todos os métodos de controle estudados em comparação ao caso sem controle. O controle preditivo apresenta desempenho superior aos demais quando o carregamento dos ônibus apresenta grandes variações ao longo do itinerário. Observa-se, ainda, que o controle preditivo retem os ônibus e regulariza os intervalos nos trechos de baixo carregamento, atrasando um número menor de usuários, e permite que os intervalos se desregulem onde o carregamento dos ônibus é mais elevado.<br> / Abstract : Holding-based control methods for bus operation are examined to point out that allowing greater variance in headways between consecutive buses leads to possible gains in total delay, as compared to strict adherence to a service headway. This result, obtained empirically, indicates that optimal operation is not necessarily attained with even headways. Such finding is related to the well-known fact that there should not be too many control points for headway corrections. Three feedback methods are tested, as well as a model predictive control method that seeks to minimize on board and at station delays. The scenario is a BRT corridor modeled in a microsimulation environment. Simulation results indicate greater headway regulation and the reduction of travel time for all control methods tested in relation to open loop operation. Predictive control outperforms proportional feedback control methods when passenger loads vary widely along the route. Moreover, predictive control holds the buses and equalizes the headways where passenger loads are low, delaying fewer passengers, and allows headways to vary where passenger loads are higher.

DIAS, S. V. Controlador preditivo generalizado com anti-windup aplicado a um sistema de geração eólico baseado em DFIG. 2016. 129 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-02-14T10:29:36Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_svdias.pdf: 21214497 bytes, checksum: 5d34913b0982ddaa3507a959814329a7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-02-23T14:01:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_svdias.pdf: 21214497 bytes, checksum: 5d34913b0982ddaa3507a959814329a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-23T14:01:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_svdias.pdf: 21214497 bytes, checksum: 5d34913b0982ddaa3507a959814329a7 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / This paper presents a continuous time predictive current controller applied to DFIG-based wind turbine. The controller design is based on the rotor current model and its tuning is carried out by adjusting two parameters. The first parameter is responsible for the continuous-time horizon and the second parameter tunes the filter, which is responsible to reduce electromagnetic torque/ instantaneous power ripple. Moreover, it addresses windup problems since the saturation model is part of the loop control. The simple tuning procedure and anti-windup scheme are the benefits of the proposed controller. The robustness of the design controller is verified by increasing the rotor’s resistance, so that the uncontrolled instantaneous power oscillations are reduced when compared with the conventional PI controller. Experimental results were carr / Este trabalho apresenta uma nova estratégia de controle preditivo aplicada a um sistema de geração eólico baseado em DFIG. O projeto do controlador baseia-se em um modelo matemático da malha de corrente do rotor e sua sintonia é efetuada através de dois parâmetros de ajuste, um para obter uma resposta rápida ao seguimento de referência e o outro para reduzir as oscilações no sinal de controle. O primeiro parâmetro de ajuste utiliza horizonte de predição contínuo ao invés do tradicional horizonte discreto, o qual possibilita uma melhor sintonia do controlador, e o segundo baseia-se no projeto de um filtro para diminuir as oscilações no conjugado eletromagnético e nas potências instantâneas produzidas pelo sistema. Além disso, propõe-se a inclusão do modelo da saturação no controlador para evitar problemas de windup. A vantagem do uso deste controlador consiste na sua simplicidade de sintonia e capacidade de reduzir o tempo de permanência do sinal de controle em saturação, caso ocorra, e manter o sistema estável na saída desta não linearidade. É verificada a robustez do controlador proposto quando a resistência do rotor da máquina é aumentada, reduzindo as variações de potência não controladas ao ser comparado com controlador PI tradicional. Resultados experimentais são obtidos utilizando um protótipo de 3,7kW que mostram a eficácia do controlador desenvolvido quando o sistema é submetido a variações de potência, velocidade do rotor e afundamento de tensão simétrico.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329138.pdf: 790615 bytes, checksum: b2a9bfc666f3d8f453110044e40214ac (MD5) Previous issue date: 2014 / O controle preditivo é uma técnica de controle avançado que vem recebendo cada vez mais atenção tanto da indústria quanto do meio acadêmico. Suas características como a capacidade de tratar restrições de maneira sistemática e a utilização de algoritmos que encontram soluções ótimas definem a grande vantagem de sua utilização. Na indústria já existem diversas aplicações do controle preditivo, porém, devido à necessidade de troca de informações com os sensores e atuadores do processo, sua utilização às vezes se torna inviável, principalmente quando o sistema a ser controlado possui muita esparsidade geográfica. Uma alternativa que vem se tornando interessante é a utilização de controladores preditivos distribuídos (DMPC), que são implementados localmente mas trabalham em conjunto, conseguindo ao final um desempenho similar ao controlador centralizado, porém com a vantagem da descentralização da computação das ações de controle. Este trabalho propõe uma estrutura DMPC onde o sistema é dividido em subsistemas, cada qual com o seu subproblema, e é tratado através de uma rede de agentes. Neste caso, a formulação utilizada engloba problemas de controle onde podem existir acoplamentos entre as saídas dos subsistemas. É proposto um algoritmo distribuído que coordena a rede de agentes e utiliza métodos de ponto-interior para resolver o conjunto de subproblemas, encontrando a solução ótima global. Além de testar a formulação do controlador distribuído de maneira numérica, é realizado um estudo utilizando a estratégia DMPC para o caso de alocação de recursos de energia. Neste caso, um conjunto de sistemas consumidores tem suas necessidades energéticas supridas por uma fonte comum, cuja capacidade é limitada e às vezes não atende as demandas. A estratégia DMPC foi testada neste caso através de uma metodologia hardware-in-the-loop em uma planta solar para demonstrar a boa funcionalidade e a possibilidade de aplicação de controladores distribuídos em sistemas reais.<br> / Abstract : Predictive control is an advanced control technique that has been getting in- creasing attention fromboth industry and academia. Its characteristics such as the ability to handle constraints in a systematic way and the use of algorithms that find optimal solutions define the great advantage of its use. In industry there are already several applications of predictive control, however, due to the necessity of information exchange with the sensors and actuators of the process, their use is sometimes not feasible, especially when the system to be controlled has much geographical sparsity. An alternative that is becoming interesting is the use of distributed predictive controllers (DMPC), which are implemented locally but work together, achieving at the end a performance similar to a centralized controller, but with the advantage of decentralization in the computation of control actions. This thesis proposes a DMPC struc- ture where the system is divided into subsystems, each with its subproblem, and is treated through a network of agents. In this case, the formulation used comprises control problems which may exist couplings between the outputs of the subsystems. It is proposed a distributed algorithm that coordinates the network of agents and use interior-point methods to solve the set of subpro- blems, finding the optimal global solution. Besides testing the formulation of the distributed controller in a numericalmanner, a study using the DMPC stra- tegy for the case of allocation of energy resources is performed. In this case, a set of consumer systems have their energy needs supplied by a common source, whose capacity is limited and sometimes does not meet the demands. The DMPC strategy was tested in this case through a hardware-in-the-loop methodology in a solar plant to demonstrate the good functionality and appli- cability of distributed controllers in real systems.