Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη και ο έλεγχος ρομποτικού συστήματος για την επεξεργασία βωξίτη. Αφορά συγκεκριμένα το μηχανολογικό σχεδιασμό του συστήματος, την επιλογή εξοπλισμού, τον ηλεκτρολογικό σχεδιασμό, τον έλεγχο με χρήση προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) και τέλος την υλοποίηση εφαρμογής scada / The purpose of this thesis is the development and control of robotic system for processing bauxite. Concern in particular the mechanical system design, the choice of equipment, the electrical design, the control using programmable logic controller (PLC) and finally the creation of scada application.

Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: This thesis presents the design and implementation of shunt active power filtering algorithms for unbalanced, non-linear loads. A three-phase four-wire topology is developed in the dqO space. Based on this development an accurate dynamic system model, taking into account the effect of the neutral inductor is developed. The synchronous reference frame technique is expanded to enable the isolation of the zero sequence current component into its instantaneous active and reactive current components. Additionally a prediction method is proposed that will enable the proper prediction of the reference currents in a threephase four-wire system. Two categories of reference current signal tracking algorithms are investigated; namely the predictive current controller and the sliding mode current controller. A compensating technique is proposed to compensate for the effects that sampling and computational time delay have on the performance of the system. Additionally, an investigation is done into the effect that dead-time has on the performance of the system, and based on this investigation a dead-time compensating strategy is proposed. Finally simulation and practical results are provided to validate the discussed theories. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie verhandeling ondersoek die ontwerp en implementering van parralel gekoppelde aktiewe filter algoritmes vir ongebalenseerde, nie-lineêre laste. 'n Drie-fase vier-draad topologie, asook 'n korrekte model van die dinamiese sisteem, wat die effek van die neutraal induktor insluit, is ontwikkel in die dqO ruimte. Die sinchroon verwysing vlak tegniek is uitgebrei om die isolering van die nul sekwensie stroom in onderskeidelik die oombliklike aktiewe en reaktiewe stroom komponente te verdeel. Addisioneel is a vooruitskatting tegniek aanbeveel wat die beheerder in staat sal stelom voldoende die verwysing strome vooruit te skat in 'n drie-fase vier-draad stelsel. Twee katagoriee van verwysing stroom volging algoritmes is ondersoek, naamlik die afskatting stroom beheerder en die gleiende modus stroom beheerder. 'n Effektiewe kompensasie tegniek is voorgestel om die effek van tydvertraging as gevolg van monstering en verwerking te elimineer. Addisioneel is die effek van dooie-tyd ondersoek en gebasseer op hierdie ondersoek is 'n effektiewe dooie-tyd kompensasie tegniek voorgestel. Laastens is simulasies en praktiese resultate verskaf om die werking van die voorgestelde teorie te bevestig.

Este trabalho apresenta uma estratégia alternativa aos métodos tradicionais de controle de velocidade de motores de introdução e motores de corrente contínua utilizando a Teoria Não-Faseada.A adaptação dos ganhos do Controlador PI Não-Falseado em tempo real baseia-se desta forma, a necessidade de um modelo de planta para a sintonia do controlador.Resultados comparativos com controladores proporcionais integrais são apresentados para validar a proposta. / This work presents an alternative strategy to tradicional speed control methods for three-phase induction motor and direct current motor by using the Unfalsified Control Theory.The adaptation real time PI controller gain is basead on the selection of eligible sets through a learning algorithm.The requeriment for a plant model used in the controller tuning is thus eliminated. Simulation results of the adaptive proportional integral controller that validate the proposal are presented.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:00:47Z : No. of bitstreams: 1 mainardijunior_ei_dr_ilha.pdf: 7813397 bytes, checksum: 2d1fa03fad1e1a159f2454cd88dc5869 (MD5) / Neste trabalho são apresentados estudos teóricos que investigam os seguintes problemas: estabilidade e controle de sistemas chaveados lineares e afins contínuos no tempo. Primeiramente, um breve estudo sobre sistemas lineares chaveados é apresentado, e em decorrência desse estudo propõe-se o projeto de controle com acesso somente à saída da planta. Neste contexto, uma nova lei de chaveamento dependente apenas da saída do sistema linear chaveado, que assegura a estabilidade assintótica do sistema linear chaveado, é proposta. O mesmo método de projeto foi proposto para a classe de sistemas lineares chaveados incertos contínuos no tempo. Novas condições menos conservadoras foram obtidas a fim de relaxar um custo garantido e o conservadorismo do projeto. Índices de desempenho tais como, taxa de decaimento e minimização de um custo garantido são considerados a fim de tornar o procedimento de projeto mais geral. Simulações foram realizadas ilustrando o desempenho dos sistemas lineares chaveados controlados, demonstrando que o método proposto apresenta uma solução eficiente para este problema de controle. Posteriormente, apresenta-se uma extensão dos estudos teóricos para a classe de sistemas chaveados afins contínuos no tempo. Uma revisão de resultados precedentes disponíveis na literatura sobre estabilidade de sistemas chaveados afins com aplicações em eletrônica de potência, é apresentada. Em decorrência desse estudo são propostas novas técnicas de projeto de controle, tais como: controle chaveado com acesso apenas à saída da planta, controle utilizando estrutura variável e controle adaptativo. Um outro assunto abordado neste trabalho foi a proposta de novas condições suficientes, baseadas em LMIs, e o projeto de estratégias de controle a tempo fixo... / This paper presents theoretical studies that investigate the following problems related to continuous - time plants: stability and control of switched linear and affine systems. First, a brief study about switched linear systems is presented, and based on this study a control design dependent only on the plant output is proposed. In this context, a new switching strategy, which ensures the asymptotic stability of the switched linear system, is proposed. The same design method was proposed for a class of uncertain switched linear systems. New less conservative conditions were proposed in order to reduce a guaranteed cost and the conservatism of the design condition. Performance indices such as decay rate and guaranteed cost are considered, allowing a more general design procedure. Simulations were performed illustrating the performance of the controlled switched linear systems, demonstrating that the proposed method provides an efficient solution for this control problem. Subsequently, an extension of the theoretical study for a class of continuous time switched affine systems is presented. Then, a review of previous results available in the literature about stability of the switched systems with applications to power electronics is offered. Following, new control design techniques, such as switched control with only acess on output plant, variable structure control and adaptive control, are proposed. Another issue addressed in this work is the proposal of new sufficient conditions, based on LMIs, and the design of new switching strategies with fixed time, that ensure uniform ultimate bounded stability (CORLESS; LEITMANN, 1981) for a class of switched affine system. The proposed methods were applied to control four DC-DC converters, Buck, Boost, Buck-Boost and Sepic in order to compare and to validate the controller designs. The techniques... (Complete abstract click electronic access below)

Este trabalho trata da utilização de um método de sintonia de controladores baseado nos dados obtidos da planta. A proposta é a sintonia de controladores ressonantes para aplicação em inversores de frequência presentes em fontes ininterruptas de energia, com o intuito de seguimento de referência senoidal de tensão. Dentro deste contexto, será usado o algoritmo Virtual Reference Feedback Tuning, o qual é um método de identificação de controladores baseado em dados que não é iterativo e não necessita do modelo do sistema para identificar o controlador. A partir dos dados obtidos da planta e também da definição de um modelo de referência pelo projetista, o método estima os parâmetros de uma estrutura fixada previamente para o controlador através da minimização de uma função custo definida pelo erro entre a saída desejada e a saída real. Além disso, uma realimentação de corrente é necessária na malha de controle, onde seu ganho proporcional é definido por experimento empírico. Para demonstrar a utilização do método são apresentados resultados simulados e práticos de uma fonte ininterrupta de energia com potência de 5 kV A utilizando cargas lineares e não-lineares. É avaliado o desempenho do ponto de vista da qualidade do sinal de saída real obtido com controladores sintonizados a partir de diferentes modelos de referência, além do uso de sinais de excitação diversos para o algoritmo V RFT. Os resultados experimentais são obtidos em um inversor de frequência monofásico com uma plataforma em tempo real baseada na placa de aquisição de dados dSPACE DS1104. Os resultados mostram que, em relação as normas internacionais, o sistema de controle proposto possui bom comportamento para seguimento de referência, operando à vazio ou utilizando carga linear. / This work discusses about controller tuning methods based on plant data. The proposal is to tune resonant controllers for application to the frequency inverters found in uninterruptible power supplies, with the goal of following sinusoidal reference signals. Within this context, the Virtual Reference Feedback Tuning algorithm is used, which is a data-driven controller identification method that is not iterative and does not require a system model to identify the controller. Data obtained from the plant and also the definition of a reference model by the designer, are used by the method to estimate the parameters of a previously fixed controller structure through the minimization of a cost function, which is defined by the error between desired and actual outputs. Moreover, a current feedback is required in the control loop where the proportional gain is defined by empirical experiment. To demonstrate the method’s application, simulated and practical results of an uninterruptible power supply with capacity of the 5 kV A will be presented employing linear and nonlinear loads. Evaluates the performance in terms of system’s actual output quality, obtained with controllers tuned with different reference models. Distinct excitation signals are also used to feed the VRFT algorithm. The experimental results achieved from use of an single-phase inverter and a real-time platform based on data acquisition board dSPACE DS1104. The results show that, with respect to international standards, the proposed control system has good performance for tracking reference, operating at empty or using linear load.

Virtual Reality (VR) is a field within the gaming industry which has gained much popularity during the last few years. This is caused mainly by the release of the VR-headsets Oculus Rift [1] and HTC Vive [2] two years ago. As the field has grown from almost nothing in a short time there has not yet been much research done in all VR-related areas. One such area is performance comparisons of different interaction models independent of VR-hardware. This study compares the effectiveness of four software-based interaction models for a specific simple pick-and-place task. Two of the interaction models depend on the user moving a motion controller to touch a virtual object, one automatically picks them up on touch, the other requires a button press. The other two interaction models have the user move a laser pointer to point at an object to pick it up. The first has the laser pointer emitted from a motion controller and the second has it emitted from the user’s head. All four interaction models use the same hardware, the default HTC Vive equipment. The effectiveness is measured in three metrics, time to complete the task, number of errors made during the task, and the amount of participant enjoyment rated on a scale from one to five. The first two metrics are measured through an observational experiment where the application running the virtual environment also logs all relevant information. The user enjoyment is gathered through a questionnaire the participant answers during the experiment. These are the research questions: • How do the interaction models compare in terms of accuracy and time efficiency when completing basic pick and place tasks in this experiment? • Which interaction models are subjectively more enjoyable to use according to participants? The results of the experiment are displayed as charts in the results chapter and then further analysed in the analysis and discussion chapter. Possible sources of error and theories about why the results turned out the way they did are also discussed. The study concludes that the laser pointer based interaction models, 3 and 4, were much less accurate than the handheld interaction models, 1 and 2, in this experiment. All interaction models except 4 achieved about the same test duration while interaction model 4 lagged several seconds behind. The participants liked interaction model 1 the most, followed closely by 3. They disliked 4 the most and rated 2 at a point in the middle of the rest.

[pt] O trabalho apresenta uma teoria de fatorações coprimas para sistemas não lineares e aplicações dessa teoria em problemas de controle. A parte inicial é exatamente a teoria de fatorações coprimas, que se assemelha à versão linear. O problema da estabilização de sistemas não lineares é resolvido através de realimentação aditiva, com pré e pós compensadores dinâmicos não lineares. A solução para esse problema é dada na forma da classe de compensadores que estabilizam o sistema. São também apresentadas condições para a estabilidade na presença de ruídos aditivos. Outro problema bastante relevante do ponto de vista de controles é o da especificação da dinâmica do sistema de malha fechada. O enfoque apresenta soluções de caráter local, o que permite que a dinâmica a ser especificada seja definida apenas sobre uma restrição do espeço de entrada. Dessa forma tornou-se factível a especificação de dinâmicas dentro de uma classe relativamente ampla. São discutidas possibilidades para o problema da regulação. Também utilizando condiçòes locais é apresentada uma teoria de estabilização robusta com relação a perturbações não estruturadas. Algumas soluções explícitas e relativamente estruturadas são apresentadas. / [en] The control of nonlinear systems via coprime factorization is the subject of this dissertation. Initially, a broad theory concerning nonlinear factorizations is presented. The class of stabilizing controllers for a given nonlinear plant is derived using that theory. Then, there are derived sufficient conditions for the closed loop system are also presented. One of the major departures from the original work on nonlinear factorizations is the fact that the solutions presented need only to be locally derived, which allows a wider class of dynamics to be assigned for the closed loop input- output transference relation. The robust control of nonlinear systems is achieved through the use of locally defined solutions, allowing to control systems subject to some relatively structured perturbations.

O escopo desta dissertação é o desenvolvimento de um método para detectar os modelos da matriz dinâmica que estejam degradando o desempenho de controladores preditivos baseados em modelos. O método proposto se baseia na análise de correlação cruzada entre o erro nominal do controlador em malha fechada e a uma estimativa da contribuição de cada canal para o cálculo da saída, filtrada pela função de sensibilidade do controlador. Esse método pode ser empregado na auditoria de controladores com variáveis controladas em setpoints e/ou com variáveis que operem entre faixas, como é usual de se encontrar na indústria. Esta dissertação apresenta os resultados da aplicação bem sucedida do método no sistema de quatro tanques (JOHANSSON, 2000), para o qual três cenários foram avaliados. No primeiro cenário, o método localizou corretamente discrepâncias de ganho e de dinâmica de modelos de um controlador preditivo baseado em modelos (Model-based Predictive Controller, ou controlador MPC). No segundo, o método foi utilizado para avaliar a influência de uma variável externa para melhorar o desempenho de um controlador afetado por distúrbios não medidos. No terceiro cenário, o método localizou canais com modelos nulos que deveriam ser incluídos na matriz de controle de um controlador MPC de estrutura descentralizada. Os resultados deste estudo de caso foram comparados com aqueles obtidos pelo método proposto por BADWE, GUDI e PATWARDHAN (2009), constatando-se que o método proposto é mais robusto que o método usado na comparação, não demandando ajustes de parâmetros por parte do usuário para fornecer bons resultados. A dissertação inclui também um estudo de caso da aplicação industrial do método na auditoria de desempenho de um controlador preditivo linear de estrutura descentralizada, com doze variáveis controladas, oito manipuladas e quatro distúrbios não medidos, aplicado a um sistema de fracionamento de propeno e propano em uma indústria petroquímica. A auditoria permitiu reduzir o escopo de revisão do controlador a dezenove canais da matriz, sendo que quatorze destes correspondiam a canais com modelos nulos que deveriam ser incluídos na matriz. A eficácia do método foi comprovada repetindo-se a avaliação da qualidade de modelo para todas as variáveis controladas. / The scope of this dissertation is the development of a method to detect the models of the dynamic matrix that are affecting the performance of model-based predictive controllers. The proposed method is based on the cross correlation analysis between the nominal controller error and an estimate of the contribution of each channel to the controller output, filtered by the controller nominal sensitivity function. The method can be used in the performance assessment of controllers employing variables controlled at the setpoint and/or those controlled within ranges. This dissertation presents the results of the successful application of the method to the quadruple-tank process (JOHANSSON, 2000), for which three scenarios were evaluated. In the first scenario, the method correctly located gain and dynamic mismatches on a model-based predictive controller (MPC controller). In the second one, the method was used to evaluate the influence of an external variable to improve the performance of a controller affected by unmeasured disturbances. In the third scenario, the method located null models that should be included in the dynamic matrix of a decentralized MPC controller. The results of the three scenarios were compared with the ones obtained through the method proposed by BADWE, GUDI e PATWARDHAN (2009). The proposed method was considered more robust than the reference one for not requiring parameters estimation performed by the user to provide good results. This dissertation also includes a case study about the application of the method on the performance assessment of an industrial linear predictive controller of decentralized structure. The controller has twelve controlled variables, eight manipulated variables, and four unmeasured disturbances and is applied to a propylene-propane fractionation system of a petrochemical industry. The performance assessment allowed reducing the scope of the controller revision to nineteen channels of the models matrix, fourteen of which were null models that should be included in the controller. The efficacy of the proposed method was confirmed by repeating the model quality evaluation for all the controlled variables.

Este trabalho trata da utilização de um método de sintonia de controladores baseado nos dados obtidos da planta. A proposta é a sintonia de controladores ressonantes para aplicação em inversores de frequência presentes em fontes ininterruptas de energia, com o intuito de seguimento de referência senoidal de tensão. Dentro deste contexto, será usado o algoritmo Virtual Reference Feedback Tuning, o qual é um método de identificação de controladores baseado em dados que não é iterativo e não necessita do modelo do sistema para identificar o controlador. A partir dos dados obtidos da planta e também da definição de um modelo de referência pelo projetista, o método estima os parâmetros de uma estrutura fixada previamente para o controlador através da minimização de uma função custo definida pelo erro entre a saída desejada e a saída real. Além disso, uma realimentação de corrente é necessária na malha de controle, onde seu ganho proporcional é definido por experimento empírico. Para demonstrar a utilização do método são apresentados resultados simulados e práticos de uma fonte ininterrupta de energia com potência de 5 kV A utilizando cargas lineares e não-lineares. É avaliado o desempenho do ponto de vista da qualidade do sinal de saída real obtido com controladores sintonizados a partir de diferentes modelos de referência, além do uso de sinais de excitação diversos para o algoritmo V RFT. Os resultados experimentais são obtidos em um inversor de frequência monofásico com uma plataforma em tempo real baseada na placa de aquisição de dados dSPACE DS1104. Os resultados mostram que, em relação as normas internacionais, o sistema de controle proposto possui bom comportamento para seguimento de referência, operando à vazio ou utilizando carga linear. / This work discusses about controller tuning methods based on plant data. The proposal is to tune resonant controllers for application to the frequency inverters found in uninterruptible power supplies, with the goal of following sinusoidal reference signals. Within this context, the Virtual Reference Feedback Tuning algorithm is used, which is a data-driven controller identification method that is not iterative and does not require a system model to identify the controller. Data obtained from the plant and also the definition of a reference model by the designer, are used by the method to estimate the parameters of a previously fixed controller structure through the minimization of a cost function, which is defined by the error between desired and actual outputs. Moreover, a current feedback is required in the control loop where the proportional gain is defined by empirical experiment. To demonstrate the method’s application, simulated and practical results of an uninterruptible power supply with capacity of the 5 kV A will be presented employing linear and nonlinear loads. Evaluates the performance in terms of system’s actual output quality, obtained with controllers tuned with different reference models. Distinct excitation signals are also used to feed the VRFT algorithm. The experimental results achieved from use of an single-phase inverter and a real-time platform based on data acquisition board dSPACE DS1104. The results show that, with respect to international standards, the proposed control system has good performance for tracking reference, operating at empty or using linear load.

Wheel loaders are under the influence of low frequency vibrations that may be harmful for the health of the operator, and for the productivity of the machine. The strong vibrations can significantly impact the operation of the machine since they are not equipped with wheel suspension systems and due to their work environment in rough terrains with uneven surfaces. The risk of spilling or dropping the load is also increased and they can introduce higher mechanical stress that can wear out parts faster. The focus of this thesis work is to develop an approach for damping these vibrations dynamically by improving the functionality of the electrohydraulic system in Volvo's prototype wheel loader LX1. The dynamic damping system controls the cylinder of the lift framework to make it behave as a damper. The system utilizes the lift cylinder pressure and piston position as feedback to adjust the oil flow in the cylinder using the proposed control system. Results indicate that the proposed technique is capable of attenuation that is comparable with the existing boom suspension system based on accumulators through simulations and experimental tests.