This work presents a study of first and second order sliding mode controllers applied to permanent magnet synchronous motor.The aim is a theoretical study and an experimental implementation, using the DSP TMS320F2812 platform, of two second order sliding mode controllers. In addiction a study about the first order sliding mode is presented. The inclusion of this topic aims to provide a comparison elements, related to the performance, precision, robustness, chattering and implementation aspects. In the beginning of this work, are presented the principal concepts related to the approach of the variable structure control. Afterwards, a theoretical study about the first order sliding mode is realized. Beyond the theoretical formulation, the chattering and some techniques for your reduction are presented. Following, two second order sliding mode controllers are presented. The final half of the work presents the application of the sliding mode controllers to the permanent magnet motor. First, the theoretical studies with simulation results are presented. Subsequently, the results in the experimental setup show the viability of the controllers applications. The controllers use the current stator measurements, classical in this kind of application, and the position rotor measurement, obtained by absolute encoder. The tests to the controllers performance analysis consider errors in the system parameters and the load torque such as perturbation input. / Esta dissertação apresenta um estudo sobre a aplicação de controladores baseados na abordagem dos modos deslizantes ao motor síncrono de ímãs permanentes. O objetivo central é o estudo teórico e a implementação em bancada experimental, baseada numa plataforma DSP TMS320F2812, de dois controladores em modos deslizantes de segunda ordem. Entretanto, um estudo sobre o controle em modos deslizantes de primeira ordem também é apresentado. A inclusão deste tópico tem a finalidade de fornecer elementos de comparação no tocante ao desempenho, precisão, robustez, chattering e aspectos relacionados à implementação. Na parte inicial do trabalho, são apresentados os conceitos principais relacionados à abordagem de controle de estrutura variável. Após, um estudo teórico sobre um controlador em modos deslizantes de primeira ordem é feito. Além da formulação teórica, assuntos como chattering e formas clássicas de contornar este inconveniente são abordados. Na seqüência, são apresentados dois controladores baseados no deslizamento de segunda ordem. A metade final do trabalho trata da aplicação dos controladores em modos deslizantes ao motor síncrono de ímãs permanentes. Primeiramente, estudos teóricos com diversos resultados de simulação são apresentados. Posteriormente, resultados obtidos em bancada experimental mostram a viabilidade da aplicação destes controladores ao sistema considerado. Todos os controladores estudados utilizam medidas das correntes de estator, o que é clássico neste tipo de aplicação, e a medida posição do rotor, obtida através de um encoder absoluto. Os testes para análise do desempenho dos controladores levam em consideração erros nos parâmetros do sistema e a carga como uma entrada de perturbação.

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise do motor de indução trifásico (MIT), que é um dos motores mais utilizados em aplicações industriais, e de diferentes metodologias de controle de velocidade aplicadas para este tipo de motor. A princípio realizou-se um estudo do funcionamento do MIT sem nenhum tipo de controle, para somente depois analisar-se tanto técnicas clássicas e já bastante difundidas no controle deste tipo de máquina como também um tipo específico de controlador robusto, a fim de utilizá-lo para substituir os controladores clássicos na intenção de obter-se um desempenho superior. O controlador robusto escolhido foi do tipo com Estrutura Variável e Modos Deslizantes (CEV-MD). Este trabalho foca no estudo do Controle Vetorial Indireto com Orientação sobre o Fluxo do Rotor, sendo utilizados juntamente deste método um controlador clássico (do tipo PI, Proporcional Integral) e o controlador robusto projetado (do tipo CEV-MD), no intuito de realizar-se uma comparação entre o desempenho dos dois controladores mediante diferentes condições de operação, incluindo-se variação de parâmetros do motor e falhas de queda de tensão nos terminais da máquina. Todos os estudos e projetos resultaram em um conjunto de simulações no ambiente MATLAB/Simulink, a partir das quais constatou-se que o controlador robusto projetado apresentou um desempenho um pouco superior ao do PI, tanto no controle da velocidade quanto em relação a tolerar as falhas de queda de tensão. / Mestre

Submitted by Roberta Irma Martin (robertagortan@gmail.com) on 2018-04-10T11:54:24Z No. of bitstreams: 1 Tese_Roberta_Martin_FINAL.pdf: 33647313 bytes, checksum: 7d8c8a7a029acf674e2e269e15cb1251 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-10T17:39:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martin_ri_dr_ilha.pdf: 33647313 bytes, checksum: 7d8c8a7a029acf674e2e269e15cb1251 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T17:39:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martin_ri_dr_ilha.pdf: 33647313 bytes, checksum: 7d8c8a7a029acf674e2e269e15cb1251 (MD5) Previous issue date: 2018-03-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental de um sistema de controle não linear baseado em estrutura variável e modos deslizantes desenvolvido para interferômetro de dois feixes. O sistema proposto apresenta alta precisão, robustez e, além disso, é simples e de baixo custo, aumentando a capacidade de medição para diferentes aplicações de sensores interferométricos. Comparado a outras técnicas de controle aplicadas a interferometria óptica, esta técnica apresenta importantes vantagens e leva em consideração a característica não linear do interferometro, aumentando seu poder de medição. Consequentemente, um circuito de reset não é necessário, o interferometro pode trabalhar em ambientes com grandes perturbações, a montagem e ajuste dos parâmetros é mais simples (fácil implementação), com simples configuração e custo efetivo, atingindo alta robustez e acurácia. Comparado as técnicas de demodulação baseado no espectro do sinal (J1..J4), o sistema proposto tem faixa dinâmica e resolução maiores, podendo medir atraso no tempo e operar com formas de onda arbitrárias. Além disso, aperfeiçoa os métodos de demodulação temporais aumentando a precisão para sinais de baixa amplitude, mantendo a condição de quadratura (ponto máximo de sensibilidade) e, portanto, elimina o efeito do desvanecimento do sinal, mesmo diante de grandes perturbações ao redor do sistema como, vibrações, variações de temperatura e correntes de ar. A estabilidade do sistema linearizado foi estudada através do método de linearização de Lyapunov e a estabilidade local dos pontos de equilíbrio foram provadas. Através do método do plano de fase, todas as não linearidades do sistema foram consideradas, e provou-se que para qualquer condição inicial, o sistema não linear é estável e converge para o ponto de equilíbrio. Como resultado, o sistema é globalmente assintóticamente estável e não tende a um ciclo limite ou à intabilidade. Finalmente, foi obtido a equação de Lyapunov do sistema não linear considerando a análise do plano de fase, provando novamente a estabilidade do sistema de controle. Portanto, essa abordagem pode compensar o comportamento não linear do interfometro, mantendo-o na condição de quadratura e eliminando o efeito do desvanecimento do sinal para formas de onda arbitrárias, senoidais ou sem sinal de entrada, mesmo diante de grandes perturbações externas. O sistema provou ser eficiente para operações dinâmicas em diferentes aplicações como: caracterização de atuadores piezoelétricos, caracterização da resposta da fibra à temperatura, detecção de ultrassom e detecção de ondas longitudinais geradas por um laser Q-switched em amostras de alumínio e aço, conforme mostrado neste trabalho. A alta robustez oferecida pelo controlador permite que o sistema seja embarcado e opere em ambientes com grandes perturbações como fábricas, trazendo a interferometria para fora do laboratório. / This work presents the theoretical and experimental study of a nonlinear control system designed for two beam optical interferometry based on variable structure and sliding modes. The proposed system presents high accuracy, robustness and, furthermore, is simple and low cost, increasing the measurement capability for different applications of interferometric sensors. Compared with other control techniques applied in optical interferometry, this control technique presents important features and takes in account the nonlinear characteristic of the interferometer, increasing its measurement capability. Consequently, a reset circuit is not necessary, the interferometer can work in harsh environments, the assembly and adjustment of the parameters is simpler (easy implementation), with simple setup and the effective cost, achieving high robustness and accuracy. Regarding demodulation techniques based on signal spectrum (J1..J4), the proposed system has a higher dynamic range, resolution, can measure time delay and operate with arbitrary signal waveforms. Also, it improves the temporal demodulation methods increasing the accuracy for small amplitude signals, maintaining the quadrature condition (maximum point of sensitivity) and, therefore, eliminates the effect of signal fading, even under strong external disturbances around the interferometer setup such as vibration, temperature variation and air current flow. The stability of the linearized system was studied through the Lyapunov’s linearization method and the local stability of the equilibrium points were proved. Through the phase plane method, we considered all the nonlinearities from the system, and we proved that for any initial condition, the nonlinear system is stable and converges to the equilibrium point. As a result, the system is globally asymptotically stable and it does not tend to a limit cycle nor to instability. Finally, we obtained the Lyapunov equation for the nonlinear system taking into account the phase plane analysis, proving the system’s stability. Therefore, this approach can fully compensate the nonlinear behavior of the interferometer, keep it in the quadrature point and suppress the signal fading for arbitrary signal waveforms, sinusoidal signals or zero input signal, even under strong external disturbances. The system proved to be suitable for dynamic operations, in different applications as: characterization of piezoelectric actuators, characterization of fiber response to temperature, ultrasound detection and the detection of longitudinal waves generated by a Q-switched laser on aluminum and steel samples, as shown in this work. The high robustness allows the system to be embedded and to operate in harsh environments such as factories, bringing the interferometry outside the laboratory.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-05-02T22:45:42Z No. of bitstreams: 1 PedroYochinoriGushiken_DISSERT.pdf: 3706178 bytes, checksum: dc201d9731df110652d243e6cf760cf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-05-07T21:32:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PedroYochinoriGushiken_DISSERT.pdf: 3706178 bytes, checksum: dc201d9731df110652d243e6cf760cf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T21:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PedroYochinoriGushiken_DISSERT.pdf: 3706178 bytes, checksum: dc201d9731df110652d243e6cf760cf1 (MD5) Previous issue date: 2018-01-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho mostramos a técnica de estimação de parâmetros para plantas lineares invariantes no tempo conhecida como adaptação de segundo nível baseada em múltiplos modelos de identificação por regressão linear, tanto para o caso de uma planta de ordem 1 quanto para o caso de uma planta de ordem n onde apenas a entrada e a saída da planta estão disponíveis para medição (SISO). Propomos uma modificação na lei adaptativa da adaptação de segundo nível baseada no acúmulo de informações do transitório. Em todos os casos verificamos por simulação que as estimativas entregues pela adaptação de segundo nível convergem muito mais rapidamente para os valores corretos que as estimativas entregues por modelos de identificação individuais e que a modificação proposta aumenta a velocidade e suaviza a convergência das estimativas. Aplicamos a adaptação de segundo nível com base em modelos de identificação por regressão linear atualizados pelo método do gradiente ao problema do controle adaptativo por modelo de referência (MRAC) de uma planta SISO de ordem 1 e ao caso de uma planta de ordem n e grau relativo unitário, este caso com o gradiente normalizado. Resultados de simulação mostram que o sinal de controle gerado com adaptação de segundo nível produz melhores resultados de rastreamento do modelo de referência quando comparada aos modelos de identificação individuais. Além disso, comparamos o MRAC indireto baseado em adaptação de segundo nível ao Controle Adaptativo por Modelo de Referência e Estrutura Variável (VS-MRAC). / In this dissertation we demonstrate the concept of second level adaptation as a parameter estimation method based on multiple linear regression identification models for the case of a plant of order unity, and the case of a plant of order n with single input and output available for measurement (SISO). We propose a modified form of the adaptive law for second level adaptation based on integration of transient information. In all cases simulation studies show that the estimates reach their true values faster with second level adaptation compared to individual identification models and that the proposed modification is even faster and also smoother in this regard. We apply second level adaptation based on linear regression identification models updated through the gradient method to the problem of model reference adaptive control (MRAC) in the case of an order 1 plant and the case of an order n and relative degree one SISO plant, in this case with normalized gradient method. Simulation results show that the control signal generated with second level adaptation yields better results of model reference tracking compared to individual identification models. We also compare the indirect MRAC based on second level adaptation to the variable structure model reference adaptive control (VS-MRAC) scheme.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mariana Uzeda2.pdf: 3273824 bytes, checksum: cb0d125fc8aae9dfe673029b5f5a30a5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / This work presents a comparative study between four different sliding mode variable structure control strategies (SMVSC) applied to autonomous underwater vehicles (AUV) positioning in 6 DOF, under the influence of wind, waves and marine currents. The addressed strategies are the conventional CEV-MD control based on Lyapunov stability, the CEV-MD control based on the equivalent control, the CEV-MD control based on the input-output stability and the CEVMD adaptive control. The accomplished comparisons seek a satisfactory tradeoff between the tracking performance and the closed-loop system stability in light of eliminating the chattering phenomenon. In that sense, the analysis and synthesis of the respective SMVSC control laws is carried out fromthe Lyapunov Stability Theory and the Barbalat s Lemma. As well as numerical simulations are implemented to obtaining the respective performances of each SMVSC control strategy presented. / Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre quatro diferentes estratégias de controle de estrutura variável por modos deslizantes (CEV-MD) aplicadas ao posicionamento de veículos subaquáticos autônomos (VSA) em 6 GDL, sob a influência de ventos, ondas e correntes marinhas. As estratégias abordadas são o controle CEV-MD convencional baseado na estabilidade de Lyapunov, o controle CEV-MD baseado no controle equivalente, o controle CEV-MD baseado na estabilidade entrada-saída e o controle CEV-MD adaptativo. As comparações realizadas visam a eliminação do do fenômeno do chattering buscando um compromisso satisfatório entre o desempenho de rastreamento e a estabilidade do sistema em laço fechado. Nesse sentido, a análise e síntese das respectivas leis de controle CEV-MD é realizada a partir da Teoria de Estabilidade de Lyapunov e do Lema de Barbalat. Assim como simulações numéricas são implementadas para a obtenção dos respectivos desempenhos de cada estratégia de controle CEV-MD apresentada.

Nesta Dissertação propõe-se a aplicação de algoritmos genéticos para a síntese de filtros para modular sinais de controladores a estrutura variável e modo deslizante. A modulação do sinal de controle reduz a amplitude do sinal de saída e, consequentemente, pode reduzir o consumo de energia para realizar o controle e o chattering. Esses filtros também são aplicados em sistemas que possuem incertezas paramétricas nos quais nem todas as variáveis de estado são medidas. Nesses sistemas, as incertezas nos parâmetros podem impedir que seus estados sejam estimados com precisão por observadores. A síntese desses filtros necessita da obtenção da envoltória, que é o valor máximo da norma de cada resposta impulsiva admissível no sistema. Após este passo, é sintetizado um filtro que seja um majorante para a envoltória. Neste estudo, três métodos de busca da envoltória por algoritmos genéticos foram criados. Um dos métodos é o preferido, pois apresentou os melhores resultados e o menor tempo computacional. / This thesis proposes the application of genetic algorithms for the synthesis of filters which modulate signals of variable structure sliding mode controllers. The modulation of the control signal reduces the amplitude of the output signal and thus can reduce power consumption and chattering. These filters are also applied to systems with parametric uncertainties and unmeasured state variables. In these systems, the uncertainties can impair the accurate estimation of the state by means of observers. For the synthesis of these filters, it is necessary to obtain the envelope which is the maximum norm of each impulse response admissible for the system. After this step, a filter is synthesized to be an upper bound for the envelope. In this study, three methods of search of the envelope by genetic algorithms were developed. One of these methods has been giving the best results and needs the least computational time.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: O foco principal deste trabalho é a investigação de métodos de controle capazes de rejeitar perturbações, incertezas e influências degenerativas do atraso no problema referente ao controle vetorial por campo orientado do Motor de Indução Trifásico (MIT), através de um modelo matemático não linear deste. Dá-se ênfase à utilização do método de controle Proporcional-Integral em conjunto com o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes, sendo que este tem como principal característica a rejeição de perturbações e incertezas. São realizadas análises da robustez da estabilidade e também das influências que as incertezas e atrasos exercem sobre o comportamento dinâmico deste sistema. Para corroborar com as análises, são feitas simulações utilizando exemplos numéricos num sistema linear de ordem dois e aplicações no MIT através de um modelo matemático não linear. / Abstract: This work deals the investigation of control methods capable of rejecting perturbations, uncertainties and degenerative influence of input time-delay in the Three-phase Induction Motor (TIM) vector control problem, through a nonlinear mathematical model. The main focus is the use of the Proportional-Integral control method in conjunction with the Variable Structure Control with Sliding Mode, which has as main characteristic the rejection of perturbations and uncertainties. Analyzes are performed on the stability robustness and also on the influence that the uncertainties and input time-delay on the dynamic behavior of this system. In order to corroborate with the analyzes simulations are made using numerical examples of two-order linear system and applications in a non-linear mathematical model of a Three-phase Induction Motor. / Doutor

Nesta Dissertação propõe-se a aplicação de algoritmos genéticos para a síntese de filtros para modular sinais de controladores a estrutura variável e modo deslizante. A modulação do sinal de controle reduz a amplitude do sinal de saída e, consequentemente, pode reduzir o consumo de energia para realizar o controle e o chattering. Esses filtros também são aplicados em sistemas que possuem incertezas paramétricas nos quais nem todas as variáveis de estado são medidas. Nesses sistemas, as incertezas nos parâmetros podem impedir que seus estados sejam estimados com precisão por observadores. A síntese desses filtros necessita da obtenção da envoltória, que é o valor máximo da norma de cada resposta impulsiva admissível no sistema. Após este passo, é sintetizado um filtro que seja um majorante para a envoltória. Neste estudo, três métodos de busca da envoltória por algoritmos genéticos foram criados. Um dos métodos é o preferido, pois apresentou os melhores resultados e o menor tempo computacional. / This thesis proposes the application of genetic algorithms for the synthesis of filters which modulate signals of variable structure sliding mode controllers. The modulation of the control signal reduces the amplitude of the output signal and thus can reduce power consumption and chattering. These filters are also applied to systems with parametric uncertainties and unmeasured state variables. In these systems, the uncertainties can impair the accurate estimation of the state by means of observers. For the synthesis of these filters, it is necessary to obtain the envelope which is the maximum norm of each impulse response admissible for the system. After this step, a filter is synthesized to be an upper bound for the envelope. In this study, three methods of search of the envelope by genetic algorithms were developed. One of these methods has been giving the best results and needs the least computational time.