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.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:07:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KuriosIPMQ.pdf: 875895 bytes, checksum: e5d1081ef123fc325214ccd9a2fee411 (MD5) Previous issue date: 2008-11-20 / Neste trabalho, um controlador adaptativo backstepping a estrutura vari?vel (Variable Structure Adaptive Backstepping Controller, VS-ABC) ? apresentado para plantas monovari?veis, lineares e invariantes no tempo com grau relativo unit?rio. Ao inv?s das tradicionais leis integrais para estima??o dos par?metros da planta, leis chaveadas s?o utilizadas com o objetivo de aumentar a robustez em rela??o a incertezas param?tricas e dist?rbios externos, bem como melhorar o desempenho transit?rio do sistema. Adicionalmente, o projeto do novo controlador ? mais intuitivo quando comparado ao controlador backstepping original, uma vez que os rel?s introduzidos apresentam amplitudes diretamente relacionadas com os par?metros nominais da planta. Esta nova abordagem, com uso de estrutura vari?vel, tamb?m reduz a complexidade das implementa??es pr?ticas, motivando a utiliza??o de componentes industriais, tais como, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays ), MCUs (Microcontrollers) e DSPs (Digital Signal Processors). Simula??es preliminares para um sistema inst?vel de primeira e segunda ordem s?o apresentadas de modo a corroborar os estudos. Um dos exemplos de Rohrs ? ainda abordado atrav?s de simula??es, para os dois cen?rios adaptativos: o controlador backstepping adaptativo original e o VS-ABC

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:07:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcusVAF.pdf: 586875 bytes, checksum: a12bd0bbfec29a70ab1bd62b33fc064d (MD5) Previous issue date: 2008-10-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Resumo / Nesta disserta??o de mestrado ? apresentada uma aplica??o do Controlador Adaptativo por Modelo de Refer?ncia e Estrutura Vari?vel em um Gerador S?ncrono conectado a um barramento infinito, para o controle do ?ngulo de carga e fluxo de campo deste gerador. Uma teoria de desacoplamento ? usada no modelo do Gerador S?ncrono para se obter dois subsistemas, onde o ?ngulo de carga e o fluxo de campo podem ser controlados independentemente. A avalia??o da estrat?gia de controle proposta ser? realizada atrav?s de simula??es para o modelo desacoplado do Gerador S?ncrono. Tamb?m ser? feita uma compara??o com os controladores Proporcional Derivativo aplicado ao Gerador S?ncrono desacoplado e Proporcional Integrativo Derivativo aplicado ao Gerador S?ncrono acoplado, sendo este ?ltimo, o sistema vigente hoje no Brasil. Os resultados das simula??es comprovar?o a efici?ncia e robustez desta estrat?gia de controle

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrenoMMA_DISSERT.pdf: 2152939 bytes, checksum: 11e98e5a221057a9bd3545dd9b777bb5 (MD5) Previous issue date: 2012-04-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This research aims at developing a variable structure adaptive backstepping controller (VS-ABC) by using state observers for SISO (Single Input Single Output), linear and time invariant systems with relative degree one. Therefore, the lters were replaced by a Luenberger Adaptive Observer and the control algorithm uses switching laws. The presented simulations compare the controller performance, considering when the state variables are estimated by an observer, with the case that the variables are available for measurement. Even with numerous performance advantages, adaptive backstepping controllers still have very complex algorithms, especially when the system state variables are not measured, since the use of lters on the plant input and output is not something trivial. As an attempt to make the controller design more intuitive, an adaptive observer as an alternative to commonly used K lters can be used. Furthermore, since the states variables are considered known, the controller has a reduction on the dependence of the unknown plant parameters on the design. Also, switching laws could be used in the controller instead of the traditional integral adaptive laws because they improve the system transient performance and increase the robustness against external disturbances in the plant input / Esta pesquisa objetiva desenvolver um controlador adaptativo backstepping a estrutura vari?vel (Variable Structure Adaptive Backstepping Controller, VS-ABC) utilizando observadores de estado para plantas monovari?veis, lineares e invariantes no tempo com grau relativo unit?rio. Para isso, os filtros K foram substitu?dos por um Observador Adaptativo de Luenberger e o algoritmo de controle utiliza leis chaveadas. As simula??es apresentadas comparam o desempenho do controlador quando as vari?veis de estado s?o estimadas por um observador, com o caso em que as vari?veis est?o dispon?veis para medic?o. Os controladores adaptativos backstepping mesmo com v?rias vantagens de desempenho, ainda possuem algoritmos muito complexos, principalmente quando n?o s?o medidas as vari?veis de estado do sistema, pois o uso de filtros nos sinais de entrada e sa?da da planta n?o ? algo trivial. Na inten??o de tornar o projeto do controlador mais intuitivo, pode-se utilizar um observador adaptativo em alternativa aos comumente utilizados filtros K. Al?m disso, o controlador tem uma menor depend?ncia dos par?metros desconhecidos da planta na fase de projeto, ja que as vari?veis de estado s?o consideradas conhecidas. E ainda, leis chaveadas podem ser utilizadas no controlador em vez das leis integrais tradicionais porque melhoram o desempenho transit?rio do sistema e aumentam a robustez perante dist?rbios externos na entrada da planta

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JosenaldeBO.pdf: 1494350 bytes, checksum: 7c76ccebcfe52ebc97b3be9b7982ebd0 (MD5) Previous issue date: 2007-12-14 / In this thesis, it is developed the robustness and stability analysis of a variable structure model reference adaptive controller considering the presence of disturbances and unmodeled dynamics. The controller is applied to uncertain, monovariable, linear time-invariant plants with relative degree one, and its development is based on the indirect adaptive control. In the direct approach, well known in the literature, the switching laws are designed for the controller parameters. In the indirect one, they are designed for the plant parameters and, thus, the selection of the relays upper bounds becomes more intuitive, whereas they are related to physical parameters, which present uncertainties that can be known easier, such as resistances, capacitances, inertia moments and friction coefficients. Two versions for the controller algorithm with the stability analysis are presented. The global asymptotic stability with respect to a compact set is guaranteed for both cases. Simulation results under adverse operation conditions in order to verify the theoretical results and to show the performance and robustness of the proposed controller are showed. Moreover, for practical purposes, some simplifications on the original algorithm are developed / Nesta tese ? desenvolvida a an?lise de estabilidade e robustez ? din?mica n?o modelada e ?s perturba??es externas de um controlador adaptativo por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel aplicado a plantas incertas, monovari?veis, lineares e invariantes no tempo com grau relativo unit?rio. O projeto de tal controlador ? baseado na abordagem indireta do controle adaptativo. Na abordagem direta, j? amplamente conhecida na literatura, as leis chaveadas s?o projetadas diretamente para os par?metros do controlador. Na abordagem indireta, as mesmas s?o projetadas para os par?metros da planta e, conseq?entemente, o dimensionamento das amplitudes dos rel?s torna-se mais intuitivo, tendo em vista estarem associadas a par?metros f?sicos, os quais apresentam incertezas que podem ser conhecidas mais facilmente, tais como resist?ncias, capacit?ncias, momentos de in?rcia e coeficientes de atrito. S?o apresentadas duas vers?es para o algoritmo do controlador, sendo suas an?lises de estabilidade desenvolvidas, assim como resultados de simula??o sob condi??es de opera??o adversas para verificar os resultados te?ricos obtidos e ilustrar o desempenho e a robustez do controlador proposto. A estabilidade assint?tica global com respeito a um conjunto compacto ? garantida em ambos os casos. Adicionalmente, para fins de aplicabilidade pr?tica, s?o desenvolvidas algumas simplifica??es no algoritmo original

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaioDC.pdf: 2782026 bytes, checksum: ffc0e89b5e796daecc6152d3075b6918 (MD5) Previous issue date: 2008-01-24 / The so-called Dual Mode Adaptive Robust Control (DMARC) is proposed. The DMARC is a control strategy which interpolates the Model Reference Adaptive Control (MRAC) and the Variable Structure Model Reference Adaptive Control (VS-MRAC). The main idea is to incorporate the transient performance advantages of the VS-MRAC controller with the smoothness control signal in steady-state of the MRAC controller. Two basic algorithms are developed for the DMARC controller. In the first algorithm the controller's adjustment is made, in real time, through the variation of a parameter in the adaptation law. In the second algorithm the control law is generated, using fuzzy logic with Takagi-Sugeno s model, to obtain a combination of the MRAC and VS-MRAC control laws. In both cases, the combined control structure is shown to be robust to the parametric uncertainties and external disturbances, with a fast transient performance, practically without oscillations, and a smoothness steady-state control signal / Neste trabalho ? apresentada uma proposta de um controlador, denominado Controlador em Modo Dual Adaptativo Robusto (DMARC), que estabelece uma liga??o entre um controlador adaptativo por modelo de refer?ncia (MRAC) e um controlador adaptativo por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel (VS-MRAC). A id?ia b?sica ? incorporar as vantagens de desempenho transit?rio do controlador VS-MRAC com as propriedades de regime permanente do controlador MRAC convencional. S?o desenvolvidos dois algoritmos b?sicos para o controlador DMARC. No primeiro o ajuste do controlador ? feito, em tempo real, atrav?s da varia??o de um par?metro na lei de adapta??o. No segundo algoritmo a lei de controle ? gerada, utilizando o modelo Takagi-Sugeno da l?gica nebulosa, para obter uma composi??o ponderada das leis de controle do MRAC e do VS-MRAC. Em ambos os casos, o esquema combinado de controle ? mostrado ser robusto ?s incertezas param?tricas e perturba??es externas, al?m de apresentar um desempenho r?pido e pouco oscilat?rio durante o transit?rio e um sinal de controle suave em regime permanente

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SamaherniMD_TESE.pdf: 1906280 bytes, checksum: 4c045dfdea855b9b5837f362598733e7 (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / This thesis presents a new structure of robust adaptive controller applied to mobile robots (surface mobile robot) with nonholonomic constraints. It acts in the dynamics and kinematics of the robot, and it is split in two distinct parts. The first part controls the robot dynamics, using variable structure model reference adaptive controllers. The second part controls the robot kinematics, using a position controller, whose objective is to make the robot to reach any point in the cartesian plan. The kinematic controller is based only on information about the robot configuration. A decoupling method is adopted to transform the linear model of the mobile robot, a multiple-input multiple-output system, into two decoupled single-input single-output systems, thus reducing the complexity of designing the controller for the mobile robot. After that, a variable structure model reference adaptive controller is applied to each one of the resulting systems. One of such controllers will be responsible for the robot position and the other for the leading angle, using reference signals generated by the position controller. To validate the proposed structure, some simulated and experimental results using differential drive mobile robots of a robot soccer kit are presented. The simulator uses the main characteristics of real physical system as noise and non-linearities such as deadzone and saturation. The experimental results were obtained through an C++ program applied to the robot soccer kit of Microrobot team at the LACI/UFRN. The simulated and experimental results are presented and discussed at the end of the text / Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma nova estrutura de controlador adaptativo robusto aplicado a sistemas rob?ticos m?veis com rodas (rob? m?vel de superf?cie) e restri??es n?o-holon?micas de movimento. Este controlador atua tanto na din?mica como na cinem?tica do rob?, e pode ser dividido em duas partes distintas. A primeira parte controla a din?mica, atrav?s da utiliza??o de controladores adaptativos por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel. A segunda parte controla a cinem?tica do rob? atrav?s de um controlador de posi??o, cujo objetivo ? fazer com que o rob? seja capaz de atingir um ponto qualquer no plano cartesiano, sendo que este controlador cinem?tico ? baseado apenas em informa??es da configura??o do rob?. O trabalho aplica um m?todo de desacoplamento para transformar o modelo linear do rob? m?vel, que ? um sistema com m?ltiplas entradas e m?ltiplas sa?das, em dois sistemas desacoplados com apenas uma entrada e uma sa?da cada um, para reduzir a complexidade do projeto do controlador. Em seguida, aplica-se um controlador adaptativo por modelo de refer?ncia e estrutura vari?vel a cada um dos sistemas resultantes. Um controlador ser? respons?vel pelo posicionamento e o outro pela orienta??o do rob?, sendo que estes controladores utilizam como refer?ncias sinais provenientes do controlador cinem?tico de posi??o. Para comprovar o funcionamento da estrutura proposta, obteve-se resultados simulados e experimentais para o rob? m?vel com acionamento diferencial de um kit de futebol de rob?s. O simulador possui as principais caracter?sticas do sistema f?sico real, dentre as quais podem-se destacar os ru?dos de entradas e as n?o-linearidades como zona morta e satura??o. Os resultados experimentais foram obtidos atrav?s de um programa desenvolvido em C++ e aplicado a um kit de futebol de rob?s da empresa Microrobot no Laborat?rio de Acionamento, Controle e Instrumenta??o da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (LACI/UFRN). Os resultados simulados e experimentais s?o apresentados e discutidos ao final da tese

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloBS.pdf: 1886256 bytes, checksum: 468aa0bf31f319166e37328a170c3b50 (MD5) Previous issue date: 2007-10-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work, the variable structure adaptive pole placement controller (VS-APPC) robustness and performance are evaluated and this algorithm is applied in a motor control system. The controller robustness evaluation will be done through simulations, where will be introduced in the system the following adversities: time delay, actuator response boundeds, disturbances, parametric variation and unmodeled dynamics. The VS-APPC will be compared with PI control, pole placement control (PPC) and adaptive pole placement controller (APPC). The VS-APPC will be simulated to track a step and a sine reference. It will be applied in a three-phase induction motor control system to track a sine signal in the stator reference frame. Simulation and experimental results will prove the efficiency and robustness of this control strategy / Neste trabalho, a robustez e o desempenho do controlador adaptativo por posicionamento de p?los e estrutura vari?vel (VS-APPC) s?o avaliados e este algoritmo ? aplicado em um sistema de controle de um motor. A avalia??o de robustez deste controlador ser? realizada atrav?s de simul??es, onde ser?o introduzidas as seguintes adversidades no sistema: atraso de transporte, limites da resposta no atuador, perturba??es, varia??o param?trica e din?mica n?o modelada. O VS-APPC ser? comparado com o controlador PI, com o controlador por posicionamento de p?los (PPC) e com o controlador adaptativo por posicionamento de p?los (APPC). O VS-APPC ser? simulado para rastrear uma refer?ncia degrau e senoidal. Ser? tamb?m aplicado no sistema de controle de um motor de indu??o trif?sico para rastrear um sinal senoidal no referencial estat?rico. Os resultados das simula??es e experimentais comprovar?o a efici?ncia e robustez desta estrat?gia de controle

<p><h1>Abstract</h1></p> <p>As a compact, robust, and reliable power distribution method, hydraulic systems have been used for flight surface control for decades. Electro-hydrostatic Actuator (EHA) is increasingly replacing the conventional valve-controlled system for better performance, lighter weight and higher energy efficiency. The EHA is increasingly being used for flight control. As such its reliability is thereby critical important for flight safety. This research focuses on fault detection and diagnosis (FDD) for the EHA to enable predictive unscheduled maintenance when fault detected at its inception.</p> <p>An EHA prototype previously built at McMaster University is studied in this research and modified to physically simulate two faults conditions pertaining to leakage and friction. Nine different working conditions including normal running and eight fault conditions are simulated. Physical model has been derived mathematically capable of numerically simulating the fault conditions. Furthermore, for comparison, parametric model was obtained through system identification for each fault condition. This comparison revealed that parametric models are not suitable for fault detection and diagnosis due to the computation complexity.</p> <p>The FDD approach in this research uses model-based state estimation using filters. The filter based combined with the Interacting Multiple Model fault detection and diagnosis algorithm is introduced. Based on this algorithm, three FDD strategies are developed using a combination of the Extended Kalman Filter and IMM (IMM-EKF), the Smooth Variable Structure Filter with Varying Boundary and IMM (IMM-SVSF (VBL)), and the Smooth Variable Structure Filter with Fixed Boundary and IMM (IMM-SVSF (FBL)). All the three FDD strategies were implemented on the EHA prototype. Based on the results, the IMM-SVSF (VBL) provided the best performance. It detected and diagnosed faults correctly at high mode probabilities with excellent robustness to modeling uncertainties. It also was able to detect slow growing leakage fault, and predicted the changing trend of fault conditions.</p> / Master of Applied Science (MASc)