Scielo RSS <![CDATA[Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=0103-175920120006&lang=pt vol. 23 num. 6 lang. pt <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[<b>Uso de conjuntos terminais parametrizados para tratamento de problemas de não-factibilidade em controle preditivo</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600001&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Restrições terminais são tipicamente empregadas em formulações de controle preditivo para garantia de estabilidade em malha fechada. Contudo, tal garantia é perdida caso o problema de otimização associado não seja factível no instante inicial ou deixe de ser factível devido, por exemplo, à ocorrência de falhas. Este trabalho apresenta uma abordagem de gerenciamento de referência aliado ao relaxamento de restrições operacionais como forma de tratar problemas de não-factibilidade em controle preditivo. Considera-se que a não-factibilidade pode ocorrer tanto no início da tarefa de controle, em decorrência de uma condição inicial desfavorável, como pode ser causada por uma falha de atuador que reduza a faixa de valores de controle permitidos. A abordagem proposta envolve a parametrização do conjunto máximo admissível de saída (MAS) utilizado como restrição terminal na lei de controle. Evita-se assim a necessidade de se repetir a determinação do MAS durante o tratamento da não-factibilidade. Para fins de exemplo, apresenta-se um estudo de caso com um modelo de simulação.<hr/>Terminal constraints are usually employed in predictive control formulations to provide closed-loop stability guarantees. However, such guarantees are lost if the associated optimization problem is not feasible from the beginning or if it becomes infeasible due to the onset of faults, for example. This work presents an approach involving setpoint management and relaxation of operational constraints to address infeasibility problems in predictive control. It is assumed that infeasibility may occur either at the beginning of the control task, due to an adverse initial condition, or as the result of an actuator fault that reduces the range of admissible control values. The proposed approach involves the parametrization of the maximal output admissible set (MAS) employed as terminal constraint in the control law. This parametrization avoids the need to repeat the MAS determination during the infeasibility handling procedure. For illustration purposes, a case study involving a simulation model is presented. <![CDATA[<b>Beamformer de transmissão multicanal de forma de onda arbitrária para atividades de pesquisa experimental do ultrassom</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600002&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema digital beamformer de transmissão para geração de formas de onda arbitrárias de ultrassom, projetado especificamente para fins de pesquisa. A arquitetura proposta possui 8 canais de excitação independentes e utiliza um dispositivo FPGA (Field Programmable Gated Array) para controle eletrônico dos canais de geração do feixe acústico ultrassônico de transmissão. O sistema permite operação no modo pulso-eco, com taxa de repetição dos pulsos de excitação entre 62,5 Hz e 8 kHz, ou pulso único, frequência central entre 500 kHz e 20 MHz, tensão de excitação entre -100 V e +100 V, e controle individual da amplitude de apodização, ângulo de fase e atraso temporal de disparo. O método matemático para determinação dos sinais digitais de excitação é apresentado e validado através dos resultados práticos para geração de forma de onda com perfil Gaussiano e frequência central de 20 MHz, em uma carga equivalente formada por um capacitor de 220 pF em paralelo com um resistor de 1 k Ω. Os resultados demonstram que a arquitetura flexível e totalmente programável proposta, pode apoiar o desenvolvimento de novos algoritmos e técnicas sofisticadas de processamento do beamformer de transmissão.<hr/>This paper presents the development of a digital beamformer transmitter system for generation of arbitrary ultrasound waveforms, specifically designed for research purposes. The proposed architecture has 8 independent excitation channels and uses an FPGA device (Field Programmable Gated Array) for electronic control channel generation of ultrasonic acoustic beam transmission. The system allows operation in pulse-echo mode, with pulse repetition rate of excitation between 62.5 Hz and 8 kHz, or single pulse, center frequency between 500 kHz and 20 MHz, excitation voltage between -100 and +100 V, and individual control of amplitude apodization, phase angle and time delay trigger. The mathematical method for determining the digital signals of excitation is presented and validated through practical results for waveform generation with Gaussian profile and center frequency of 20 MHz, in a load formed by a 220 pF capacitor in parallel with a resistor of 1 k Ω. The results show that the proposed flexible and fully programmable architecture, can support the development of new algorithms and sophisticated processing techniques of the transmission beamformer. <![CDATA[<b>Conteúdo didático multinível para personalização reativa em sistemas tutores inteligentes</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600003&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Este trabalho apresenta um modelo para organização de conteúdos didáticos em sistemas tutores inteligentes conexionistas. A disponibilidade de conteúdos didáticos em formato único tem se apresentado como um problema para muitos estudantes. A inadequação de um formato único de conteúdo que desconsidera diferenças de perfil individual pode apresentar resultados ineficientes no processo de ensino aprendizagem. A proposta de estruturação multinível de conceitos possibilita diferentes combinações de apresentação para um mesmo conteúdo. Pressupondo que o padrão bem sucedido de organização do estudo por um estudante pode ser aplicado a outros estudantes com perfis semelhantes, um sistema foi estruturado para auxiliar na tarefa de personalização reativa do conteúdo. A personalização é propiciada por uma rede neural que associa o perfil do estudante a um padrão proximal de aprendizagem. Este padrão é combinado com regras de especialistas para possibilitar uma seleção probabilistica para que o sistema apresente a reatividade nos diferentes momentos do processo. Os resultados do experimento indicam que a abordagem é eficiente ao proporcionar melhor aproveitamento do conteúdo no processo individual de estudo e o seu potencial emprego no Ensino a Distância.<hr/>This paper presents a model for organization of educational content in connectionists intelligent tutoring systems. The availability of educational content in a single format has emerged as a problem for many students. The inadequacy of a single format of content that ignores differences in individual profiles may have inefficient outcomes in the teaching-learning process. The proposed multilevel structure allows for different combinations of concepts for presentation to the same content. Assuming that the pattern of successful organization of the study by a student can be applied to other students with similar profiles, a system was structured to assist in the task of customization reactive content. The customization is provided by a neural network that links the student's profile to a proximal learning pattern. This pattern is combined with expert rules to enable a probabilistic selection so that the system presents the reactivity in the different learning stages. The results of experiments indicate that the approach is effective in providing better use of the content in the personal study and its potential use in Distance Education. <![CDATA[<b>Projeto de um OTA CMOS por meio de um sistema evolucionário integrado ao SPICE</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600004&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt O projeto de circuitos integrados analógicos é uma tarefa complexa devido ao grande número de variáveis de entrada a serem determinadas simultaneamente com o intuito de atender as inúmeras especificações de um projeto de circuito integrado analógico. Este trabalho descreve e implementa um sistema evolucionário baseado em Algoritmos Genéticos (AG) que foi integrado computacionalmente ao simulador de circuitos SPICE e tem a capacidade de buscar soluções que melhor atendam aos objetivos especificados pelo projetista. A avaliação simultânea das variáveis de entrada permite ao sistema proposto (AGSPICE) mapear o comportamento dessas variáveis em função das especificações do projeto ao longo do processo de otimização e o seu entendimento de forma mais clara. Os resultados dos experimentos realizados com o sistema AGSPICE para projeto de um Amplificador Operacional de Transcondutância (OTA) CMOS são comparados com os resultados obtidos manualmente e apresentam soluções compatíveis com aquelas descritas na literatura.<hr/>Analog integrated circuits design is a complex task due to the large number of input variables to be determined simultaneously in order to comply with innumerable design features of an analog integrated circuit design. This work describes and implements an evolvable system based on Genetic Algorithms (GA) which was computationally integrated to the simulation program SPICE and has the capability to search for solutions that best comply with the designer specified objectives. The simultaneous evaluation of the input variables allows the proposed system (AGSPICE) to track the changes of these variables along the optimization process and its understanding in a clearer way. Our experimental results with the AGSPICE applied to an Operational Transconductance Amplifier (OTA) CMOS design are compared to the results obtained manually and present compatible solutions to other works available in the related literature. <![CDATA[<b>Análise de um modelo inteligente de contratação de energia elétrica no curto prazo para distribuidoras</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600005&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Neste artigo é apresentada uma nova abordagem de um modelo inteligente de otimização sob incerteza para determinar a contratação de energia elétrica no curto prazo (referente aos leilões A-1 e Ajuste) para distribuidoras de energia elétrica. Nesse modelo estão incluídas todas as regras de contratação e repasse à tarifa, definidas pela ANEEL, para as distribuidoras. O processo de otimização utiliza um algoritmo genético, e busca minimizar o custo associado à contratação de energia elétrica, as penalidades por subcontratação e o custo da liquidação (compra/venda) desta energia ao PLD (Preço de Liquidação das Diferenças). A contratação ótima é calculada considerando vários cenários de consumo, obtidos a partir de simulação Monte Carlo, para um período de cinco anos de análise. As decisões de contratação do modelo são tomadas nos dois primeiros anos desse período. A avaliação dos resultados do sistema é feita considerando uma combinação entre o Valor Esperado (VE) da distribuição de custos e o CVaR (Conditional Value at Risk), para os diferentes cenários de consumo. O modelo também usa o PLD_robusto, que busca minimizar a exposição da distribuidora ao PLD. Para ilustrar os resultados do modelo proposto é apresentado um estudo de caso baseado em dados reais. Os resultados obtidos são comparados com alguns resultados de contratação que não consideram o modelo de otimização proposto. Essa comparação é feita para se verificar o quanto o método proposto pode ser melhor que soluções baseadas apenas em análises intuitivas. Além disso, estudos adicionais são apresentados considerando os mecanismos de compensação de sobras e déficits, notadamente MCSD4% e MCSD_Ex-post, previstos na legislação vigente do setor elétrico para minimizar os riscos associados à contratação de energia para as distribuidoras.<hr/>In this paper is presented a new approach of an intelligent model for optimization under uncertainty to determine the best strategy of electricity trading in the short term (referring to A-1 and Adjustment auctions) for distribution companies. This model reproduces all the rules of purchase/sale of energy for a distribution company and the transfer of this cost to the final tariff of the consumers. The optimization process uses genetic algorithm, and seeks to minimize the cost associated with the purchase of energy, penalty for subcontracting and the cost of trade (purchase/sale) energy by the spot price. The optimal trading is obtained considering several load scenarios, obtained by Monte Carlo simulation, for a period of five years of analysis. The decisions of trading are taken in the first two years in that period. The evaluation of the model results is done by means of a combination between the expected value of the distribution of costs and the CVaR (Conditional Value at Risk), for the different load scenarios. The model also uses the PLD_robust, which seeks to minimize the exposure of the distribution company in the spot price. To illustrate the results of the proposed model, a study case based on realistic data is presented. The results obtained are compared to the results obtained with the trading of energy without using the optimization model presented in this paper. That comparison is done to verify how much the proposed method can be better than the solutions based on intuitive analysis. In addition, further analysis is performed by considering two mechanisms of compensation of the surpluses and deficits of contracts, named MCSD4% and MCSD_Ex-post, established by ANEEL to reduce the risks associated to the energy trading to the distribution companies. <![CDATA[<b>Modelo de transformador com <i>tap</i> variável adequado para estudos de estabilidade de tensão</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600006&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt O modelo de transformador com tap variável utilizado mundialmente consiste de uma impedância, obtida através do ensaio em curto-circuito e com tap nominal, em série com um transformador ideal. Em estudos de estabilidade de tensão, o uso desse modelo leva a resultados qualitativamente errados. Para demonstração, utiliza-se um circuito pequeno e os conceitos de máxima potência transmitida, impedância equivalente da carga, e efeito do controle de tensão. Propõe-se um novo modelo coerente com os resultados obtidos em laboratório, com as leis de circuitos elétricos e com a teoria de estabilidade de tensão. Com sistemas-teste do IEEE, são mostrados resultados diferentes comparando-se os modelos usual e proposto.<hr/>The model for tap-changing transformers currently in widespread use consists of an impedance, measured in a short-circuit test with a nominal tap, in series with an ideal transformer. The use of this model in voltage stability studies leads to qualitatively incorrect results. For demonstration purpose a small circuit and the concepts of maximum load, equivalent load impedance and voltage control effects are used. An improved model that takes into account laboratory results, circuit laws and voltage stability theory is proposed. Using IEEE test systems, different results are shown for the conventional and proposed models. <![CDATA[<b>Restabelecimento de sistemas de distribuição utilizando fluxo de potência ótimo</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600007&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Este artigo apresenta uma metodologia para solução do problema de restabelecimento de Sistemas de Distribuição de Energia após a ocorrência de um defeito. Trata-se de um problema de programação não linear inteira mista de difícil solução pelos métodos tradicionais. Na metodologia proposta, as variáveis discretas do problema são modeladas como uma função contínua, permitindo que o problema possa ser resolvido utilizando-se o Método Primal-Dual de Pontos Interiores. No processo de solução, inicialmente utiliza-se teoria de grafos para determinar as áreas isoladas e os laços no sistema. Em seguida, as chaves são fechadas com base em um índice obtido através do Fluxo de Potência Ótimo (FPO). O problema é resolvido passo a passo de tal forma que uma sequência viável de operação é fornecida no final do processo. Testes e comparações são realizados mostrando a eficiência da metodologia proposta.<hr/>This paper proposes a methodology to solve the Distribution System restoration problem after a fault. This is a Mix Integer Non-Linear optimization problem which poses considerable challenges to traditional methods. The approach described in this paper models the discrete variables of the problem as continuous functions, thus the problem can be solved using the Primal-Dual Interior Point method. The proposed methodology uses graph theory to identify isolated areas and loops in the system. System switches are closed based on a index, obtained from an Optimum Power Flow (OPF) algorithm. The problem is solved step-by-step, providing a feasible switching operation sequence. The proposed method are tested and comparisons show the efficcience and robustness of the algorithm. <![CDATA[<b>Uma abordagem multicritérios para recapacitação de linhas de transmissão</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600008&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt A crescente demanda de energia elétrica sobrecarrega o sistema de transmissão que requer constantes ampliações para não prejudicar o desenvolvimento. Porém a construção de novas instalações de transmissão vem enfrentando diversos obstáculos em função da dificuldade de constituir novas faixas de servidão e pela necessidade de redução dos impactos ambientais. Uma solução que se apresenta muito vantajosa a estes problemas é a recapacitação da linha de transmissão. Dentre os vários métodos existentes para tal, destaca-se a substituição dos cabos condutores, cujos fabricantes têm investido constantemente na pesquisa de novos materiais e ligas. Além disto, observa-se que em alguns casos linhas recém recapacitadas já apresentam problemas de superação de ampacidade, exigindo-se assim, o desenvolvimento de uma metodologia multi- ritérios que pondere adequadamente os objetivos envolvidos no processo de escolha de um cabo. Os critérios utilizados neste trabalho são maximização de altura cabo-solo, maximização da ampacidade, maximização da sobrevida da linha em função da ampacidade excedente, minimização dos custos de implantação, perdas e acréscimo de esforços nas estruturas. O problema de otimização envolvido é resolvido pelo Método do Critério Global Ponderado. Os resultados da metodologia (que efetua os cálculos dos parâmetros dos cabos disponíveis e seleciona o melhor cabo a ser instalado) são apresentados para uma linha de transmissão de 230 kV instaladas no estado do Paraná.<hr/>The crescent demand for electricity overloads the transmission system which requires constant increases to not be a hindrance to development. However, the construction of new transmission lines has faced many obstacles due to the difficulty to constitute new intervention area and the need to reduce environmental impacts. A very advantageous solution to these problems is the retrofit of the transmission lines, which can be made in many ways. One of the most common is the replacement of power cables, which manufacturers continually invest and create new materials to allow new options of design. Moreover, just retrofit lines already present problems of ampacity's superation, justifying the development of a multi-criteria methodology that adequately ponder the objectives during the choice of an adequate handle. The criteria used in this work are the maximization of height handle- round, ampacity and supervened of the line (in function of the exceeding ampacity) and, minimization of implantation's cost, losses and addition of efforts at the structures. The optimization problem involved is resolved by the Weighed Global Criterion Method. The results of the methodology (that effects the calculations of parameters of the available handles and selects to better to be installed) are presented for one line transmission of 230 kV installed at the state of Paraná. <![CDATA[<b>Modelagem de ramos de impedância nula no problema de fluxo de potência ótimo</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600009&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Este artigo propõe a extensão da formulação do problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) com o objetivo de permitir o processamento de redes elétricas, modeladas no nível físico. Ao contrário da formulação convencional, baseada na modelagem barra-ramo da rede, a extensão proposta permite a representação explícita de chaves e disjuntores de subestações selecionadas da rede. A metodologia proposta está baseada na representação de ramos de impedância nula da estimação de estados generalizada, recentemente incorporada também ao problema de fluxo de potência. Desta forma, os fluxos de potência ativa e reativa através das chaves e disjuntores, requeridos na modelagem detalhada da rede, passam a ser incluídos como novas variáveis de estado. Além disso, as informações referentes às posições (fechado ou aberto) desses dispositivos são incluídas no conjunto de restrições de igualdade do problema de FPO. O impacto das modificações propostas na solução do FPO pelo método de pontos interiores, bem como potenciais aplicações da nova abordagem são apresentados e discutidos. Resultados envolvendo o sistema teste padrão de 30 barras do IEEE e um sistema real de 291 barras baseado no sistema elétrico da Companhia Paranaense de Energia - COPEL, são apresentados a fim de ilustrar e demonstrar a viabilidade da metodologia proposta.<hr/>This paper proposes an extension of the Optimal Power Flow (OPF) formulation so that networks can be modeled at physical level. Differently from the conventional formulation, based on the bus-branch model of the network, the proposed extension allows the explicitly representation of switches and circuit breakers of selected substations. The proposed methodology is based on the zero impedance branch representation in the power system state estimation, which has been recently applied to the power flow problem. In this approach, the active and reactive power flow through switches and circuit breakers are included as new state variables. Furthermore, the devices' statuses are included as new equality constraints in the OPF problem. The impact of the new network representation in the solution of the OPF, as well as the application of the proposed tool are presented and discussed in the paper. Simulation results related to the IEEE 30bus test system and a real power system of COPEL (Parana Energy Company), with 291 buses, are presented to illustrate and evaluate the performance of the proposed approach. <![CDATA[<b>Método da superposição modificado como uma nova proposta para atribuição de responsabilidades sobre as distorções harmônicas</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600010&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Diante das orientações contidas em documentos aprovados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição (PRODIST) contempla, dentre outros indicadores de qualidade da energia elétrica, a temática das distorções harmônicas. O referido texto aborda questões associadas com definições, procedimentos de medição, valores de referência, etc. À luz destas determinações e reconhecendo que as soluções mitigadoras para adequação dos indicadores de desempenho envolvem expressivos custos financeiros, surge a questão da busca de meios para a determinação das responsabilidades sobre eventuais violações dos limites pré-estabelecidos para as distorções harmônicas. Dentre as propostas encontradas para se detectar as parcelas de contribuição advindas do supridor e do consumidor ressalta-se que, de um modo geral, as metodologias são fundamentadas em princípios que utilizam o domínio da frequência conciliado com a superposição de efeitos. Não obstante a simplicidade deste procedimento destaca-se que o mesmo se apoia em informações de medições e no pré-conhecimento das impedâncias harmônicas equivalentes da concessionária e do consumidor, sendo estas últimas de difícil, ou mesmo impossível, acesso. Diante disto, o presente trabalho visa viabilizar meios para se contornar tais dificuldades e estabelecer uma sistemática adequada para obtenção do justo compartilhamento de responsabilidades entre as partes envolvidas.<hr/>Faced with the guidelines contained in documents approved by the National Electric Power Agency PRODIST - Module 8, among other indicators of electric power supply quality, the harmonic distortion emerges as an important issue. The mentioned regulation takes into account specific matters such as definitions, measurement procedures, benchmarks, etc. Having this in mind and recognizing that the mitigation techniques will often involve financial costs to fit the measured values to the recommended ones, the search for ways to determine the level of contribution between the supplier and the consumer appears as an important subject at sharing the technical and economical responsibilities. In general, the published approaches at attempting to provide the utility and consumer involvement are based on frequency domain techniques and superposition principles. Although the idea is quite simple, the required data are derived from harmonic measurement and the equivalent source and load harmonic impedance, being these parameters very hard to be obtained. Within this context, the present paper aims at providing means to apply the classical referred method to evaluate the required harmonic contribution throughout a strategy to overcome the difficulties here mentioned. <![CDATA[<b>Circuitos de corrente alternada</b>: <b>fundamentos e prática</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000600011&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt Diante das orientações contidas em documentos aprovados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição (PRODIST) contempla, dentre outros indicadores de qualidade da energia elétrica, a temática das distorções harmônicas. O referido texto aborda questões associadas com definições, procedimentos de medição, valores de referência, etc. À luz destas determinações e reconhecendo que as soluções mitigadoras para adequação dos indicadores de desempenho envolvem expressivos custos financeiros, surge a questão da busca de meios para a determinação das responsabilidades sobre eventuais violações dos limites pré-estabelecidos para as distorções harmônicas. Dentre as propostas encontradas para se detectar as parcelas de contribuição advindas do supridor e do consumidor ressalta-se que, de um modo geral, as metodologias são fundamentadas em princípios que utilizam o domínio da frequência conciliado com a superposição de efeitos. Não obstante a simplicidade deste procedimento destaca-se que o mesmo se apoia em informações de medições e no pré-conhecimento das impedâncias harmônicas equivalentes da concessionária e do consumidor, sendo estas últimas de difícil, ou mesmo impossível, acesso. Diante disto, o presente trabalho visa viabilizar meios para se contornar tais dificuldades e estabelecer uma sistemática adequada para obtenção do justo compartilhamento de responsabilidades entre as partes envolvidas.<hr/>Faced with the guidelines contained in documents approved by the National Electric Power Agency PRODIST - Module 8, among other indicators of electric power supply quality, the harmonic distortion emerges as an important issue. The mentioned regulation takes into account specific matters such as definitions, measurement procedures, benchmarks, etc. Having this in mind and recognizing that the mitigation techniques will often involve financial costs to fit the measured values to the recommended ones, the search for ways to determine the level of contribution between the supplier and the consumer appears as an important subject at sharing the technical and economical responsibilities. In general, the published approaches at attempting to provide the utility and consumer involvement are based on frequency domain techniques and superposition principles. Although the idea is quite simple, the required data are derived from harmonic measurement and the equivalent source and load harmonic impedance, being these parameters very hard to be obtained. Within this context, the present paper aims at providing means to apply the classical referred method to evaluate the required harmonic contribution throughout a strategy to overcome the difficulties here mentioned.