Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294740.pdf: 1624748 bytes, checksum: 90ef655dc1d50f927f198a4ac7a6198d (MD5) / Algoritmos de controle preditivo baseado em modelo se destacam pela capacidade de lidar com aspectos relevantes, os quais estão presentes em grande parte dos problemas de controle avançado. Entre estes aspectos pode-se ressaltar a capacidade de tratar restrições nas variáveis envolvidas e a possibilidade de lidar, de forma natural, com sistemas não lineares, sistemas multivariáveis e processos com atraso. Particularmente com relação ao efeito do atraso, este é tratado implicitamente devido à utilização de predições e à obtenção do sinal de controle que otimiza um critério baseado nestas predições. Desta forma, a compensação do atraso é realizada no contexto do problema de otimização. No entanto, o atraso pode dificultar a obtenção de elementos que garantem estabilidade e/ou robustez. Além disso, sabe-se que estratégias tradicionais como o GPC (do inglês Generalized Predictive Control) e o DMC (do inglês Dynamic Matrix Control) apresentam problemas de robustez que estão relacionados ao tamanho do atraso. Neste trabalho será considerado o problema da compensação de atraso robusta para controladores preditivos. O principal objetivo é discutir a maneira pela qual o atraso afeta a robustez no contexto de controladores preditivos para sistemas lineares com atraso e restrições. Desta maneira, é possível garantir estabilidade e satisfação robusta de restrições para um sistema com atraso, utilizando estratégias de controle preditivo baseadas em modelos sem atraso.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:38:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299927.pdf: 1563289 bytes, checksum: effc9ee6d644477aa25428faf925ab76 (MD5) / O projeto e escalonamento em tempo real de compressores para operar poços de petróleo com o método de elevação por injeção contínua de gás, consiste em resolver um problema não-linear inteiro misto que pode ser visto como um problema de alocação de instalações. Esta dissertação apresenta uma formulação revisada que representa as restrições de pressão de descarga do compressor como uma familía de desigualdades lineares, mostrando-se mais efetiva que a formulação antecedente (CAMPONOGARA; CASTRO; PLUCENIO, 2007). Para a resolução do problema, aproximações lineares inteiras mistas da formulação revisada serão obtidas. Isto ocorrerá através da linearização por partes das funções não lineares presentes na formulação, usando variaveis binárias e um conjunto especialmente ordenado de variáveis de tipo II, SOS2. Serão propostas durante o decorrer do trabalho desigualdades válidas para a capacidade do compressor, buscando ganhos computacionais durante a resolução do problema. Este trabalho apresenta também experimentos computacionais comparando as formulações antiga e revisada, avaliações dos impactos ocasionados pela geração de planos de cortes no tempo de resolução e algortimos de linearização por partes de funções não lineares, baseados em programação dinâmica. / The design and real-time scheduling of lift-gas compressors in oil fields entails solving a mixed-integer nonlinear problem that generalizes the facility location problem. This work presents a revised formulation that represents the constraints on compressor discharge pressure as a family of linear inequalities, which is shown to be tighter than a previous formulation (CAMPONOGARA; CASTRO; PLUCENIO, 2007). The problem is approximates solved by piecewise-linearizing the nonlinear functions, using binary variables and specially ordered set of variables. Valid inequalities will be proposed during the course of the work for the compressor capacity, seeking computational gains on resolution of the problem. The work also presents computational experiments comparing the formulations, evaluating the impact of cutting-plane generation on solution speed and piecewise-linearization algorithms for nonlinear functions based on dynamic programming.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 254976.pdf: 3133794 bytes, checksum: 2f6e4e306e3e7ef0f7b23081f5aa7741 (MD5) / Redes de sensores sem fio são redes que possuem severas restrições computacionais. Após a implantação dessas redes no ambiente, ainda existe o problema de auto-configuração e auto-gerenciamento em virtude da necessidade que se tem dessas redes serem autônomas. Conciliar as restrições computacionais bem como a gerência da estrutura dinâmica dessas redes é uma tarefa difícil. O presente trabalho aborda o uso de algoritmo genético para atingir a auto-configuração e auto-otimização em redes de sensores sem fio densas. Duas abordagens de algoritmo genético foram implementadas e simuladas. Essas abordagens atuam em um nodo central, o qual não possui restrições de recursos. Este nodo é responsável por gerenciar os demais nodos da rede. O objetivo final é reduzir as perdas de mensagens, e melhorar a qualidade dos dados coletados. Como conseqüência, consegue-se aumentar a eficiência energética da rede. Os resultados das simulações demonstraram a viabilidade dessa abordagem. There is a considerable computational limitation for running Wireless Sensor network. After its implantation into an environment, those networks still expose problems to be solve, e.g. autonomic self-configuring and self-management issues. Therefore, conciliating computational restrictions and networks structure management is a challenge. The present work concerns the use of genetic algorithm to obtain self-configuring and self-optimization goals in dense wireless networks sensors. Two genetic algorithms approaches were implemented and simulated. Those approaches ran into a non resource-constrained central node. This node was the responsible to manage every other node at the networks. The main objective was to reduce the lost of messages, and also improve the quality of the collected data. As consequence, the energetic efficiency of the network meant to be increased. As results of simulations it was demonstrated that this approach is viable.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:13:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262004.pdf: 1294633 bytes, checksum: 44bb2708067928364a321d66e999415c (MD5) / Ensaio é um procedimento experimental de avaliação de características de um produto ou processo. No caso de compressores de refrigeração, uma grande variedade de ensaios é realizada, tanto para desenvolvimento quanto para controle de qualidade. Dentre esses, merece especial atenção o ensaio de desempenho energético, que tem como objetivo determinar capacidade de refrigeração, potência ativa consumida, eficiência isentrópica e coeficiente de performance do compressor. Tais grandezas são as principais informações requeridas por clientes e servem como indicadores fundamentais para o desenvolvimento de novos produtos. Apesar de envolverem uma infra-estrutura de custo bastante elevado, tais ensaios são demorados e geralmente não apresentam alto grau de automação. Este trabalho é parte de um projeto maior, que tem três grandes objetivos: reduzir os tempos de ensaios de compressores, aumentar o nível de automação das bancadas de ensaio e reduzir as incertezas de medição. Sua grande contribuição foi criar ferramentas para melhorar o controle de variáveis críticas, o que contribui de forma direta para as três linhas principais do projeto. Tratou-se mais especificamente de um problema bastante crítico sob os aspectos de tempo demandado para acomodação e de relevância na incerteza de medição do ensaio, que é o controle da temperatura de saída do calorímetro empregado pela bancada de ensaio. Além de ser essencial sob o ponto de vista de aplicação no meio industrial, o estudo realizado apresenta resultados experimentais da aplicação de técnicas de controle preditivo que geralmente são analisadas somente através de simulação. No decorrer do trabalho são abordados aspectos de identificação do modelo, assim como projeto, implementação e análise de robustez dos controladores propostos. Os resultados experimentais de malha fechada foram bastante expressivos e demonstraram o bom desempenho dos controladores implementados, o que levou a ganhos no tempo do ensaio e na incerteza dos resultados medidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255209.pdf: 2427376 bytes, checksum: 5125296a32a0df94c7714b1893cb9a63 (MD5) / Analisando a história dos sistemas embarcados, podemos dividi-la em dois momentos. Em um primeiro momento, a origem dos problemas destes sistemas provinha, na grande maioria dos casos, da parte física chamada hardware. A partir dos anos 60, graças à chegada dos circuitos integrados, desenvolvidos para o Programa Espacial Americano, a parte física dos sistemas se tornou mais confiável. Nós últimos 20 anos, devido à complexidade inerente ao desenvolvimento dos softwares para sistemas embarcados, estes se tornaram a origem da maior parte dos erros. Uma das grandes dificuldades no desenvolvimento destes softwares é assegurar um funcionamento correto (de acordo com as especificações). A fim de reduzir a incidência de erros, a indústria passou a estudar o uso de métodos formais para auxiliar o desenvolvimento destes sistemas complexos. Estas técnicas auxiliam o processo decisório porque permitem afirmar antes de implementar o protótipo se uma dada especificação será cumprida ou não pelo sistema. Entretanto, a verificação formal ainda não é largamente empregada no ambiente industrial devido à dificuldade no intercâmbio de informações entre as linguagens de modelagem de alto nível (UML, AADL, SDL, etc) e as ferramentas de verificação formal. Esta dificuldade é decorrente da falta de uma semântica formal para estas linguagens de modelagem largamente utilizadas pela indústria. Além disto, cada ferramenta de verificação trabalha com formalismos matemáticos diferentes, não havendo uma fácil integração entre elas. Outro fator importante é que não podemos afirmar que existe um formalismo único capaz de atender a todas as necessidades de um sistema complexo. Isto implica que sistemas futuros vão cada vez mais requerer uma combinação de métodos baseados em modelos, tais como sistema de transição, álgebra de processos, lógica temporal, entre outros. Estas restrições impõem à indústria a necessidade de desenvolver uma ferramenta de tradução de modelos para cada par linguagem-formalismo empregado. A fim de facilitar este intercâmbio de informações entre as diferentes linguagens de modelagem e as ferramentas de verificação formais existentes - tais como TINA (Time Petri Net Analyser), CADP (Construction and Analysis of Distributed Processes), entre outras - o projeto TOPCASED (Toolkit in Open-Source for Critical Application & Systems Development) desenvolveu uma arquitetura de verificação original, que promove a transformação de modelos entre os diferentes níveis. Esta transformação é simplificada pelo advento de uma linguagem intermediária formal chamada FIACRE (Format Intermédiaire pour les Architectures de Composants Répartis Embarqués). Dentro deste contexto, as atividades desenvolvidas neste trabalho fazem parte da especificação e operacionalização da linguagem FIACRE do projeto TOPCASED. A primeira atividade apresentada neste trabalho é o estudo preliminar da tradução entre SDL e FIACRE para auxiliar na especificação da linguagem FIACRE. A segunda atividade consiste inicialmente na proposição de um esquema conceitual para a tradução de FIACRE para o formalismo matemático TTS (Sistema de Transições Temporizadas), e posteriormente na sua implementação na forma de um compilador (front-end) para a ferramenta TINA. Por último, um exemplo de verificação de sistema é apresentado com o intuito de demonstrar as vantagens das ferramentas que fazem parte do projeto TOPCASED.

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 2012-10-24T06:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275461.pdf: 2239634 bytes, checksum: a1f67e0e74400d49b504972bc1b7cf32 (MD5) / A capacidade de medir e controlar vibrações é importante para diversas áreas da engenharia, como a automobilística, aeroespacial, de refrigeração, e petroquímica, praticamente todos os sistemas podem ser perturbados e tirados do seu funcionamento normal graças a ação de ruídos e vibrações indesejáveis. Além disso, a presença de ruídos nos ambientes de atividades humanas é cada vez menos tolerada. Devido a esses fatores o controle de vibrações e ruído é considerado um desafio tecnológico altamente relevante. Este trabalho trata o controle ativo de vibração usando como transdutores dispositivos piezelétricos. O modelo matemático do conjunto estrutura/transdutores é formulado através do método de elementos finitos, onde a partir do software de elementos finitos Ansys as matrizes de massa global, rigidez global e acoplamento piezelétrico são obtidas. Usando a matrizes globais um sistema nodal é escrito e posteriormente reduzido através de uma transformação modal, para então ser escrito na forma de espaço de estados. O modelo de elementos finitos é validado a através de uma analise modal experimental, essa análise gera um conjunto de dados como funções de resposta em freqüência (FRFs), formas modais e freqüências modais que são comparados com os resultados obtidos por simulação através do software Ansys. O problema do controle ativo consiste basicamente na rejeição de perturbações, sendo o projeto dos controladores baseado no modelo de espaço de estados e em funções de transferências. O problema foi abortado sobre a ótica da engenharia de controle e três metodologias de projeto foram utilizadas: a do compensador em avanço de fase, a LQR e a H¥ . Os controladores projetados foram simulados usando os softwares Matlab e Simulink e uma analise de robustez, considerando incertezas paramétricas e dinâmicas foi realizada para o caso H¥. / The capability of measure and control vibrations is of great important for several engineering areas, like automobilistic, aerospacial, refrigeration and petrochemichal. Every system can be disturbed and taken off its normal functionality by to noise action and undesirable vibrations. Besides, the presence of those noises on human activity environments is increasingly less tolerated. Due to those factors the vibration and noise control is considered a technological challenge highly relevant. This work deals with the active control by means of piezoelectric transducers. The mathematical model of the set structure/transducers is made through finite element method, where using finite element software the global mass, global stiffness and piezoelectric coupling matrices are obtained. Using the global matrices a nodal system is written and after reduced through a modal transformation to be written as space state form. The finite elements model is validated through an experimental modal analysis. The active control issue consists basically in disturbance rejection. Based on the space state model the problem was approached by the control engineering way and three project methodologies were used: those of advance phase compensator, LQR and H##. The projected controllers were simulated using Matlab and Simulink softwares, and a robustness.

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 2012-10-24T07:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270115.pdf: 721008 bytes, checksum: ca97f74681cd607644d4f77a7043978f (MD5) / O controle preditivo, desde que passou a ser utilizado na industria, vem se mostrando uma importante tecnica de controle avan¸cado para processos, onde algumas caracteristicas como a capacidade de tratar restriçoes e utilizaçao de algoritmos que encontram solucoes otimas definem a grande vantagem de sua utilizacao. Na industria petroquimica ja existem diversas aplicacoes do controle preditivo, porem, devido a necessidade de troca de informaçoes com o processo, as vezes se torna inviavel devido ao esparsamento geografico dos elementos da planta. Uma alternativa e a utilizacao de controles distribuidos, que sao implementados localmente e trabalham em conjunto para que o desempenho final do controle seja igual ou ate mesmo superior ao controle preditivo centralizado. Este trabalho propoe uma estrutura de controle preditivo distribuido, baseado no modelo de espaco de estados, para ser utilizada em redes dinamicas lineares onde restricoes de saida e entrada de controle sao consideradas na formulacao. Metodos de ponto-interior sao utilizados para garantir que as solucoes produzidas por agentes de controle distribuidos consigam convergir para a solucao otima global do problema de controle do processo. Utilizando um modelo de coluna de destilacao e de uma rede de trafego urbano, o problema de regulacao e estabelecido e a abordagem distribuida e aplicada. Atraves de comparacoes com outras configuracoes centralizadas de controle alguns resultados teoricos e numericos sao obtidos. / Model predictive control, since its first use in industry, has proven to be an effective technique for advanced control. Its advantages stem from the capacity to handle constraints in a systematic way and the use of optimization algorithms that can find optimal solutions. Although many applications are found in the petrochemical industry, sometimes standart MPC become impractical due to the communications between the control center and the sensors, that are geographically scattered over the plant. An alternative is the use of distributed controls, which are locally implemented and work together so that the end performance is comparable to the centralized predictive control. This work proposes a distributed predictive control structure, based on the state-space model, to be used in linear dynamic networks where constraints on output and control-input are considered in the formulation. Interior-point methods are used to guarantee that the solutions produced by the agents in the distributed control can reach the global optimal solution of the control problem. Using a model of a distillation column and of an urban traffic network, the regulation problem is established and the distributed approach is applied. Through comparisons with other centralized control schemes some theoretical and numerical results are obtained.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:41:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262970.pdf: 3313678 bytes, checksum: 9ee44793b341c7d554b6fa057e713b3b (MD5) / As aplicações web vêm sendo desenvolvidas utilizando modelos abertos como SOA (Service Oriented Arquitecture) facilitando o projeto, desenvolvimento e a integração com outros sistemas. Um modelo de negócio deste contexto é o SaaS (Software como um Serviço), que é uma forma de disponibilização de software sob demanda, através da Internet, pago por uso. O mercado SaaS vem crescendo continuamente e tem atraído fornecedores de diferentes segmentos do mercado global de TI, bem como um conjunto diverso de clientes. A utilização de SaaS traz grandes desafios organizacionais, culturais e tecnológicos, necessitando de soluções que compreendam toda essa visão de SaaS. Um problema que existe hoje é a falta de informações sobre a qualidade dos serviços oferecidos pelos seus provedores, dificultando a sua contratação. Uma solução é avaliar o processo de desenvolvimento de software do provedor, visando obter informações sobre a qualidade do serviço que oferecem, aumentando a confiabilidade em sua contratação. Para isso, é necessário um modelo que possa ser utilizado como base para essas avaliações. Poderia ser exigido das empresas a utilização de modelos de referência para melhoria de processo de software ou normas já conhecidas. Porém, esses modelos são genéricos e baseados em sistemas tradicionais, sendo deficientes para a aplicação nesse novo ambiente de disponibilização de software (SaaS). Desta forma, este trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento de um Guia de Referência para avaliação dos provedores de serviço no modelo SaaS. Para o desenvolvimento dessa proposta, foram elicitados os requisitos de qualidade a serem verificados dos provedores. Após uma síntese e análise dos requisitos, eles foram mapeados considerando as normas e modelos de referência já existentes, e com isso, desenvolvida uma proposta de Guia de Referência para avaliação do processo de desenvolvimento de software de provedores de SaaS.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:54:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 268863.pdf: 916212 bytes, checksum: c83f68f4c1430402405b9edb6bcaded4 (MD5) / Apresentamos uma metodologia sistemática visando estudar e computar leis de controle para uma classe de sistemas não-lineares, em tempo contínuo e em tempo discreto, sujeitos à saturação de atuadores. Para modelar o sistema saturado não-linear, utiliza-se uma não-linearidade de tipo zona-morta satisfazendo uma condição de setor modificada, a qual engloba a representação clássica da saturação como uma não-linearidade de setor. Para proposição dos resultados teóricos e algoritmos, consideramos um sistema não-linear tipo Lur'e e, baseados em ferramentas de estabilidade absoluta, uma condição de setor modificada para levar em conta os efeitos da saturação nas entradas de controle. A estrutura do controlador é composta por uma parte linear, um termo associado a saída da não-linearidade dinâmica e, no caso do compensador dinâmico, de uma malha anti-windup. Abordamos, para uma classe de sistemas não-lineares em tempo discreto e com parâmetros variantes, o problema de estabilização sob saturação via uma lei de controle dependente de parâmetros e uma lei de controle a ganhos fixos, ambas sob a forma de uma realimentação de estados mais uma realimentação da não-linearidade. Com base nos resultados obtidos, desenvolvemos também um compensador dinâmico não-linear parcialmente dependente de parâmetros e analisamos a influência da realimentação das não-linearidades consideradas. Para os problemas de controle considerados ao longo deste trabalho, são propostos problemas de otimização convexa com restrições de tipo LMI para o projeto dos controladores, com o objetivo de determinar a maximização da região de atração ou melhoramento do desempenho com a garantia de estabilidade. Exemplos numéricos foram desenvolvidos para ilustrar as potencialidades dos algoritmos propostos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistema, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T09:09:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274246.pdf: 2045834 bytes, checksum: 5eb20a096d3296a9447405c022f46265 (MD5) / Agentes móveis são componentes de softwares autônomos capazes de se mover carregando consigo, além do seu código, o seu estado de execução. Recentemente, vem sendo proposto o uso deste tipo de agentes em Redes de Sensores Sem Fio (RSSF). Além da facilidade da reprogramação dinâmica do código que executa nos nodos, o uso de agentes pode, em determinados cenários, economizar energia e prolongar o tempo de vida da rede. Devido à carência de ferramentas próprias para simulação de aplicações baseadas em agentes móveis em RSSF, este trabalho propõe uma ferramenta com este objetivo denominada de MASiM (Mobile Agents Simulator in Wireless Sensor Network). A ferramenta proposta foi desenvolvida usando linguagem de programação C++ MEX e estende os toolboxes Simulink e TrueTime do MATLAB. A utilização da ferramenta é demonstrada no trabalho através do desenvolvimento de diversos cenários. Além disso, usando essa ferramenta, é realizada uma breve comparação de protocolos baseados em agentes com protocolos baseados em difusão de mensagens.