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Sistemas de levitação eletromagnética são de interesse quando se necessita de tecnologia envolvendo redução de atrito, atuação sem contato físico, máquinas rotativas e trens de alta velocidade. Devido à presença de não linearidades em sua dinâmica, pesquisadores têm dado atenção ao desenvolvimento de controladores mais sofisticados, com o objetivo de melhorar o desempenho desses sistemas. Controladores lineares apresentam limitações na faixa de operação da variável controlada e, geralmente apresentam baixa robustez quando aplicados em sistemas não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver controladores não lineares com diferentes estruturas e analisá-los quando aplicados em um protótipo do sistema físico. Inicialmente, o sistema é modelado matematicamente através da abordagem fenomenológica. Em seguida, os parâmetros do modelo são identificados através de dados obtidos experimentalmente. Conhecendo bem a dinâmica do sistema através do modelo, são projetados três controladores de diferentes estruturas utilizando simulações computacionais. O primeiro é o PID clássico, controle linear amplamente utilizado em processos industriais. O segundo controlador é um PID com topologia não linear, denominado NPID. Este visa reduzir as limitações encontradas no PID linear, através de funções não lineares em seus termos. O último e mais complexo se trata do controle por modos deslizantes (SMC). Também com estrutura não linear, o SMC possui como característica intrínseca a robustez a variações da planta. Ao final, são realizadas simulações e os controladores avaliados são implementados de maneira digital em um hardware de controle e aplicados em uma planta piloto de levitação eletromagnética. Os resultados de desempenho obtidos permitem avaliar qual topologia de controlador melhor se enquadra diante dessa aplicação. / Electromagnetic levitation systems are of interest when it is necessary the use of technology involving reduction of friction, acting without physical contact, rotating machinery and high speed trains. Due to the nonlinear dynamics, researchers have paid attention to the development of more sophisticated controllers, in order to improve the performance of these systems. Linear controllers have limitations in the operating range of the controlled variable and generally have low robustness when applied to linear systems. The objective of this work is to develop nonlinear controllers with different structures and analyze them, when applied to a prototype of the physical system. Initially the system is modeled mathematically through the phenomenological approach. Then the model parameters are identified by experimentally obtained data. Knowing the dynamic of the system through the model, three different controllers are designed using computer simulations. The first is the classic PID, a linear control widely used in industrial processes. The second controller is a PID with nonlinear topology, called NPID. This controller is intended to reduce the limitations found in the linear PID through non linear functions on its terms. The last and most complex is the sliding mode control (SMC). Also a nonlinear structure, the SMC has the intrinsic characteristic of robustness to variations of the plant. In the end, the simulations are performed and the evaluated controllers are implemented in digital form in a hardware control and applied in a pilot plant of an electromagnetic levitation system. With the performance results it is possible to verify which controller topology best fits this application.

La búsqueda de fuentes de energía alternativas a los combustibles fósiles, ha motivado el interés por la investigación en nuevos métodos para la obtención de energía. Como es el caso de la producción de biodiesel a partir de aceites usados mediante la reacción de transesterificación. Bajo este criterio, la presente investigación se centra en el desarrollo de estrategias de control avanzado de la temperatura del reactor de transesterificación, con la finalidad de mejorar la eficiencia de conversión de los aceites en ésteres metílicos. Adicionalmente, se busca que la estrategia de control propuesta permita cumplir con las restricciones impuestas en la variable controlada (temperatura del reactor) y pueda trabajar alrededor del límite de operación (temperatura de ebullición del metanol). Para la obtención del modelo de la planta que permita analizar la dinámica del sistema y demostrar su complejidad, se usó la técnica de modelamiento matemático, a partir de las ecuaciones de balance de masa y energía. Para el control de la planta objeto de estudio, se propone el uso de un controlador de matriz dinámica cuadrática (QDMC) con restricciones suaves en la variable controlada y restricciones duras en la variable de control y las tasas de cambio de la misma. Este esquema permite evitar la no feasibilidad del algoritmo de programación cuadrática (QP) usado para resolver el problema de optimización del QDMC. Como parte final de la presente investigación y con la finalidad de demostrar la mejora mediante el uso de estrategias de control avanzado para la presente planta, se realizó la comparativa del controlador diseñado con un controlador PID convencional. / Tesis

Uma das atribuições da engenharia de automação é o desenvolvimento de solução de automação e controle de processos contínuos industriais. Para tanto, a principal ferramenta emprega para este controle é a ação de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Nas últimas décadas diversas empresas fabricantes de equipamentos de automação industrial têm desenvolvido e aprimorado seus controladores industriais. Estes, além de realizarem o controle de processo por lógica de intertravamento, também possuem a ação de controle PID com a finalidade de executar o controle de processo contínuo como controle de velocidade, controle de pressão, controle de nível, etc. Porém, devido a grande variedade de controladores industriais por conseqüência, a grande variedade de implementações instrução PID, implica, muitas vezes, em falta padronização da programação e operação do algoritmo da equação PID implementados nos mais diversos controladores industriais. Tal fato dificulta a engenharia de automação industrial em desenvolver controle de processos contínuos através de instruções PID. Este trabalho de pesquisa aborda o desenvolvimento de metodologia \"MAFPID\" como ferramenta de engenharia de automação para aferir o funcionamento da instrução de controle PID implementada em equipamentos de controle e automação. Esta metodologia é constituída de três Etapas de testes. A primeira Etapa constitui o estudo do equipamento testado a partir das documentações fornecidas pelo fabricante. A segunda Etapa constitui de teste dos parâmetros proporcional, integral e derivativo, realizados no controlador industrial isolado de qualquer processo. A terceira Etapa constitui de teste do controlador interagindo com um circuito analógico. Este circuito simula o comportamento de alguns processos industriais, fornecendo ao controlador aferido sinais de entradas e de saída semelhantes aos processos reais. Este trabalho também apresenta dois estudos de caso, nos quais foi aplicada a metodologia MAFPID. / One of attributions of the automation engineering is the development of automation solution and control of industrial continuous processes. For in such a way, the main tool uses for this control is the action of Proportional-Integral-Derivative control (PID). In the last diverse decades companies equipment manufacturers of industrial automation have developed and improved its industrial controllers. These, besides carrying through the control of process for interlocking logic, also possess the action of control PID with the purpose to execute the control of continuous process as control of speed, control of pressure, control of level, etc. However, due to great variety of industrial controllers for consequence, the great variety of implementations instruction PID, it implies in lack standardization of the programming and operation of the algorithm of equation PID implemented in the most diverse industrial controllers. Such fact, it makes difficult the engineering of industrial automation in developing control of continuous processes through instructions PID. This work of research approaches the development of methodology MAFPID as tool of engineering of automation to survey the functioning of the instruction of control PID implemented in control equipment and automation. This methodology is constituted of three stages of tests. The first stage constitutes the study of the equipment tested from the documentations supplied for the manufacturer. The second stage constitutes of test of the parameters proportional, integral and derivative, carried through in the isolated industrial controller of any process. The third stage constitutes of test of the controller interacting with an analogical circuit. This circuit simulates the behavior of some industrial processes, supplying signals of input and output to the surveyed controller of similar to the real processes. This work also presents two studies of case, in which was applied methodology MAFPID.

Uma das atribuições da engenharia de automação é o desenvolvimento de solução de automação e controle de processos contínuos industriais. Para tanto, a principal ferramenta emprega para este controle é a ação de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Nas últimas décadas diversas empresas fabricantes de equipamentos de automação industrial têm desenvolvido e aprimorado seus controladores industriais. Estes, além de realizarem o controle de processo por lógica de intertravamento, também possuem a ação de controle PID com a finalidade de executar o controle de processo contínuo como controle de velocidade, controle de pressão, controle de nível, etc. Porém, devido a grande variedade de controladores industriais por conseqüência, a grande variedade de implementações instrução PID, implica, muitas vezes, em falta padronização da programação e operação do algoritmo da equação PID implementados nos mais diversos controladores industriais. Tal fato dificulta a engenharia de automação industrial em desenvolver controle de processos contínuos através de instruções PID. Este trabalho de pesquisa aborda o desenvolvimento de metodologia \"MAFPID\" como ferramenta de engenharia de automação para aferir o funcionamento da instrução de controle PID implementada em equipamentos de controle e automação. Esta metodologia é constituída de três Etapas de testes. A primeira Etapa constitui o estudo do equipamento testado a partir das documentações fornecidas pelo fabricante. A segunda Etapa constitui de teste dos parâmetros proporcional, integral e derivativo, realizados no controlador industrial isolado de qualquer processo. A terceira Etapa constitui de teste do controlador interagindo com um circuito analógico. Este circuito simula o comportamento de alguns processos industriais, fornecendo ao controlador aferido sinais de entradas e de saída semelhantes aos processos reais. Este trabalho também apresenta dois estudos de caso, nos quais foi aplicada a metodologia MAFPID. / One of attributions of the automation engineering is the development of automation solution and control of industrial continuous processes. For in such a way, the main tool uses for this control is the action of Proportional-Integral-Derivative control (PID). In the last diverse decades companies equipment manufacturers of industrial automation have developed and improved its industrial controllers. These, besides carrying through the control of process for interlocking logic, also possess the action of control PID with the purpose to execute the control of continuous process as control of speed, control of pressure, control of level, etc. However, due to great variety of industrial controllers for consequence, the great variety of implementations instruction PID, it implies in lack standardization of the programming and operation of the algorithm of equation PID implemented in the most diverse industrial controllers. Such fact, it makes difficult the engineering of industrial automation in developing control of continuous processes through instructions PID. This work of research approaches the development of methodology MAFPID as tool of engineering of automation to survey the functioning of the instruction of control PID implemented in control equipment and automation. This methodology is constituted of three stages of tests. The first stage constitutes the study of the equipment tested from the documentations supplied for the manufacturer. The second stage constitutes of test of the parameters proportional, integral and derivative, carried through in the isolated industrial controller of any process. The third stage constitutes of test of the controller interacting with an analogical circuit. This circuit simulates the behavior of some industrial processes, supplying signals of input and output to the surveyed controller of similar to the real processes. This work also presents two studies of case, in which was applied methodology MAFPID.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-12-23T11:33:24Z No. of bitstreams: 1 Angélico Corte_.pdf: 3793672 bytes, checksum: 4f2c36a99d97bd11708bd259e853a7fb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-23T11:33:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angélico Corte_.pdf: 3793672 bytes, checksum: 4f2c36a99d97bd11708bd259e853a7fb (MD5) Previous issue date: 2016-09-19 / Nenhuma / O termociclador é um equipamento utilizado para realizar uma técnica de biologia molecular chamada PCR (Polymerase ChainReaction – Reação em Cadeia da Polimerase), que objetiva isolar e amplificar fragmentos alvo de DNA e é amplamente utilizada em pesquisas nas áreas das ciências biológicas, saúde, agropecuária, em diagnósticos animal, vegetal e humano, bem como na medicina forense.O funcionamento do equipamento consiste em realizar ciclos de temperatura variáveis, sendo que o sucesso da reação depende basicamente de três fatores: (1) a velocidade das rampas de subida e descida de temperatura; (2) a precisão e estabilidade da temperatura estipulada no programa; (3) oovershoot reduzido ao final das rampas de temperatura. Esta pesquisa foi desenvolvida como a primeira fase de um projeto de nacionalização de tecnologia. Osobjetivosforam descobrir qual o controlador que melhor atua para o controle de temperatura em termocicladores e montar um protótipo deste equipamento.Os controladores testados foram os tipos PID (Genérico, ISA, Paralelo e com Síntese de Dahlin) e GMV.Esses controladores foram simulados usando Matlab e posteriormente implementados em um sistema de hardware. Foram implementadas no controlador PID de Dahlin, durante esse trabalho, a inserção de duas variáveis de ganho na componente proporcional, uma componente proporcional extra, um saturador e um filtro para acelerar a rampa de descida.Essas melhorias permitiram a resolução dos problemas apresentados pelos controladores, já que nenhum dos testados apresentou resultados satisfatórios em sua forma original.O protótipo foi montado e testado no laboratório de biologia molecular da Unisinos. O mesmo apresentou resultados equivalentes aos do equipamento importado em uso no laboratório. / The thermocycler is an equipment used to perform a molecular biology technique called PCR (Polymerase Chain Reaction), which aims at amplifying target DNA fragments. It is widely used in biology, health and agriculture sciences, animal, plant and human diagnostics, as well as in forensics. The equipment completes variable temperature cycles, and the success of the technique relies on three factors: (1) increasing and decreasing ramp rates; (2) temperature accuracy and stability of the temperatures set in the program; (3) a reduced overshoot at the end of each temperature ramp. This research was developed as the first phase of a Technology Nationalization Project. The aim was to identify the best controller to regulate temperature in thermal cycles and assemble a prototype of such equipment. The controllers tested were PID(Generic, ISA, Parallel and Dahlin Synthesis) andGMV. These controllers were simulated using Matlab and then, implemented in a hardware system. The following improvements were implemented in the Dahlin PID Controller during this work: addition of two gain variables in the proportional component, an extra proportional component, one saturator and a filter to accelerate the decreasing ramp. Such improvements allowed us to solve the problems of the controllers, as none of them presented acceptable results in its original form. The prototype was assembled and tested in the Molecular Biology Laboratory of Unisinos. The PCR results obtained with the prototype were equivalent as those obtained from the imported equipment used regularly in the laboratory.

<p>In some turbochargers, boost pressure is reduced by opening the wastegate valve. In a modern turbo charged car, the most common way for opening the wastegate is with a pneumatic actuator and an air control solenoid, controlled by the ECU. In the control systems studied the ECU utilizes a static feedforward and a PID controller, for the purpose of making the boost pressure follow its reference value. With no systematic method for tuning the controller, this can be time consuming, and a set of well defined experiments to determine PID parameters are desired.When test time in a real engine is limited or expensive, it is advantageousto work in a simulation environment before doing live tests. A model for thewastegate actuator and air control solenoid is developed in the thesis. This is used to simulate controller performance before any tests in a real car is performed.In the thesis a tuning method for the PID controller based on step responsesis proposed. The tuning method evaluated is the IMC-choice of controller fora second order system, and it has a single design parameter not given by theexperiments. The controller is shown to give desired behavior when the staticfeedforward is correct or has small error.</p>

This thesis proposes an interactive software tool that can be used to compute complete sets of Proportional Integral Derivative (PID) Controllers from knowledge of the plant transfer function/frequency response data. This is based on research results and algorithms developed by Bhattacharyya and others. Until these research results were published, it was not known if a nominal system could be stabilized using PID Controllers, and current PID Controller designs are carried out using ad hoc tuning rules. By using simulations, engineers can best plan for and observe the stabilizing effect each of the variables has on system performance in a realistic environment. The software application developed calculates and optimizes complete stabilizing sets of PID Controllers for a rational Linear Time Invariant (LTI) system, and has been developed for analytical models of plants with and without time delay. Further, these PID Controller sets are optimized to project subsets simultaneously satisfying multiple performance index specifications. Sets of PID Controllers that stabilize a system are also calculated automatically from knowledge of the frequency response of the plant. It allows the user ease of design and the ability to customize the final solution while permitting full control over source parameters. This thesis includes an introduction to the algorithms that have been developed for plant stabilization, a complete description of the graphical user interface, the simulation of the algorithms performed using LabVIEW, and a summary of future work.

Im ersten Abschnitt dieses Artikels wird ein knapper Überblick über das Spektrum der in Deutschland eingerichteten Bioethik-Kommissionen gegeben. Damit die unterschiedlichen institutionellen Anbindungsmöglichkeiten deutlich werden, muß zwischen einer "lokalen", einer "föderalen" und einer "nationalen" Institutionalisierungsebene differenziert werden (I). Im zweiten Schritt sollen einige wichtige Kriterien zur Unterscheidung verschiedener Kommissionstypen kenntlich werden. Hier werden vor allem die drei Aspekte "politische Legitimation", "personelle Zusammensetzung" und "zeitliche Ausrichtung" zentral sein (II). Im Schlußabschnitt werden zunächst die wichtigsten Kritikpunkte rekapituliert, die in der einschlägigen Literatur zum Thema diskutiert werden. Am Ende soll dann kurz zur Andeutung kommen, wie den Bedenken gegen eine wachsende "Kommissionierung" bzw. Institutionalisierung biopolitischer Diskussionsprozesse zu begegnen wäre (III).