Scielo RSS <![CDATA[Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=0103-175920120002&lang= vol. 23 num. 2 lang. <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[<b>Monitoring and diagnosis of multiple sensors by auto-associative neural networks</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200001&lng=&nrm=iso&tlng= Manutenções preventivas de sensores asseguram o seu funcionamento correto durante um certo período de tempo, mas não garantem que eles permaneçam sem defeito por outros períodos, além de eventualmente serem desnecessárias. Em plantas industriais, a análise dos sinais fornecidos pelos sensores que monitoram os processos de produção é uma tarefa difícil em virtude da grande dimensão dos dados. Portanto uma estratégia de monitoramento e correção on-line para múltiplos sensores é necessária. Este trabalho propõe a utilização de Redes Neurais Auto-Associativas com Treinamento Robusto Modificado e do Teste Seqüencial da Razão de Probabilidade (SPRT) em um sistema de monitoramento para auto-correção on-line e detecção de anomalias nas medidas geradas por um grande número de sensores. Diferentemente de modelos existentes, o sistema proposto visa a utilizar somente uma RNAAM para reconstruir os sinais dos sensores com falha. O modelo é avaliado com uma base dados que contém as medidas de sensores industriais que controlam e realizam o monitoramento de um motor de combustão interna, instalado em um caminhão de mineração. Os resultados obtidos mostram a capacidade do modelo proposto de mapear e corrigir, com um baixo nível de erro, os sinais dos sensores que apresentam falhas.<hr/>Preventive maintenance of sensors assures their correct operation for a certain period of time, but do not guarantee that they remain faultless for other periods, besides being occasionally unnecessary. In industrial plants the analysis of signals from sensors that monitor a plant is a difficult task due to the high-dimensionality of data. Therefore an on-line strategy for monitoring and correcting multiple sensors is required. This work proposes the use of Auto-Associative Neural Networks with a Modified Robust Training and the Sequential Probability Ratio Test (SPRT) in an on-line monitoring system for self-correction and anomalies detection in the measurements generated by a large number of sensors. Unlike existing models, the proposed system aims at using only one AANN for each group of sensors to reconstruct signals from faulty sensors. The model is evaluated with a database containing measurements of industrial sensors that control and carry out the monitoring of an internal combustion engine installed in a mining truck. The result shows the ability of the proposed model to map and correct signals, with a low error, from faulty sensors. <![CDATA[<b>Robust partial feedback linearizing control of bioreactors in fed-batch mode</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200002&lng=&nrm=iso&tlng= Uma metodologia para o projeto de controladores robustos foi desenvolvida para bioreatores operando em modo descontínuo com alimentação. Inicialmente, apresenta-se um modelo geral que descreve a dinâmica do crescimento da bactéria Escherichia Coli e da levedura Saccharomyces Cerevisiae que são atualmente os dois microorganismos mais utilizados na indústria biotecnológica. A partir do modelo dinâmico da cultura de microorganismos, busca-se projetar uma lei de controle que mantenha a concentração do produto secundário em níveis próximos a zero visando, desta forma, maximizar a produção de biomassa. Com este objetivo, a dinâmica não linear é descrita em termos de parâmetros variantes no tempo (abordagem quasi-LPV) possibilitando a utilização da formulação por desigualdades matriciais lineares para o projeto da dinâmica livre resultante da aplicação de uma lei de controle do tipo linearizante parcial. As condições propostas permitem garantir a estabilidade robusta do sistema em malha fechada frente a incertezas paramétricas, além de assegurar um certo desempenho com relação a perturbações. Para verificar o comportamento da metodologia proposta, vários testes por simulação são realizados para avaliar o comportamento da estratégia proposta em relação a trabalhos disponíveis na literatura especializada<hr/>A methodology for the robust control design of a class of bioreactors operating in fed-batch mode is proposed. Firstly, a general model is presented to describe the growing dynamics of the bacteria Escherichia Coli and the yeast Saccharomyces Cerevisiae cultures, which are the most employed microorganisms applied in biotechnological industry. From this model, the paper proposes a control law that regulates the by-product concentration in small levels (i.e., close to zero) aiming to maximize the biomass concentration. To this end, the nonlinear dynamics of the bioreactor is rewritten in terms of time-varying parameters (quasi-LPV approach) in order to apply the linear matrix inequality framework for designing the free dynamics resulting from a partial feedback linearizing strategy. The proposed design conditions provide the robust stability of the closed-loop system while ensuring some performance w.r.t. disturbance signals. To verify the behavior of the closed-loop system, several simulation based tests are carried out to evaluate the controller performance against some recent strategies proposed in the specialized literature <![CDATA[<b>Experimental method for determining the parasitic capacitances of three-phase induction motor driven by PWM inverter</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200003&lng=&nrm=iso&tlng= A proposta deste trabalho é apresentar uma nova metodologia para determinação experimental das capacitancias parasitas do motor de indução trifásico de rotor em gaiola. As capacitancias parasitas fazem parte do circuito equivalente do motor para estudos de interferência eletromagnética causada no motor de indução em modo comum quando ele for acionado por inversor controlado por modulação por largura de pulsos (MLP). Os procedimentos propostos para o desenvolvimento deste novo método consistem em: a) determinação dos parâmetros do circuito equivalente do motor de indução trifásico, em regime permanente, através de ensaio em laboratório; b) estabelecer configurações de ligações entre o inversor MLP e o motor para medições das grandezas de interesse que são as seguintes: tensões de modo comum e de eixo, correntes de fuga e de eixo, através de circuito de medição desenvolvido para este fim; c) calcular os valores das capacitancias parasitas entre estator e carcaça do motor; estator e rotor; rotor e carcaça e de rolamento utilizando a expressão matemática da definição de capacitancia; d) utilizar o software Pspice para simular o sistema motor de indução trifásico, alimentado por inversor MLP, com os circuitos equivalentes em baixas e altas frequências; e) obter as formas de onda características do fenômeno de modo comum.<hr/>Three-phase induction motors present stray capacitances. The aim of this paper is to present a new methodology to experimentally determine these capacitances and also evaluates the effects of electromagnetic interference on the motors in common mode. The proposed procedures to the development of this new methodology consists in: a) identification of the motor equivalent electrical circuit parameters through characteristic tests performed in the laboratory; b) to set up configurations between PWM inverter and the motor for voltage and current measurements: common mode and shaft voltages, leakage and shaft (bearing) currents by using a dedicated measuring circuit; c) to calculate the parasitic capacitance values between stator and frame, stator and rotor, rotor and frame and bearings of the motor using the capacitance characteristic equation; d) use the dedicated software Pspice to simulate the system composed by the three-phase induction motor fed by PWM inverter with the equivalent electrical circuit parameters; e) to determine the characteristic waveforms involved in the common mode phenomenon. <![CDATA[<b><b>Series voltage compensators (SVC) are used to mitigate power quality problems related to voltage distortion issues</b></b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200004&lng=&nrm=iso&tlng= Compensadores Série de Tensão (CST) são utilizados para mitigação de fenômenos de qualidade da energia elétrica relacionados a distúrbios na tensão. Os mais conhecidos en-TM tre os CSTs são o DVR (Dynamic Voltage Restorer) e o TM DySC (Dynamic Sag Corrector), utilizados para proteção de cargas elétricas sensíveis a afundamentos de tensão. A tensão injetada pelo restaurador é senoidal, sintetizada através de um inversor em ponte-H modulado em alta frequência por PWM (Pulse Width Modulation), em conjunto com um filtro de saída senoidal. Considerando a duração típica dos afundamentos da ordem de centenas de milisegundos, este artigo propõe a implementação de um CST com injeção de tensão em onda quadrada, sendo incluídos, ainda, aspectos relativos à estratégia de controle para injeção de tensão. Resultados experimentais mostram a eficácia da injeção em onda quadrada na proteção de cargas eletrônicas<hr/>The most known SVC are the DVR TM (Dynamic Voltage Re-storer) and DySC TM (Dynamic Sag Corrector), which are used to protect sensitive loads. The voltage injected by the DVR is sinusoidal, produced by an H-bridge inverter which is modulated using Pulse Width Modulation (PWM) and a sinusoidal output filter. Considering that voltage sags are fast phenomena that usually last hundreds of milliseconds, this paper proposes the use of square-wave voltages to compensate sags as well as the control strategy for the compensator. Experimental results show the effectiveness of the injection of a square-wave voltage for the protection of electronic loads. <![CDATA[<b>Probabilistic three-phase power flow for distribution network using point estimate method</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200005&lng=&nrm=iso&tlng= Neste artigo é aplicado o método de estimação por pontos para resolver o problema do fluxo de potência trifásico probabilístico para sistemas de distribuição trifásicos desbalanceados. Através da aplicação deste método são determinadas as funções de distribuição de probabilidade das tensões nas barras (magnitude e ângulo) e os fluxos potência ativa e reativa nos ramos da rede. Dois esquemas do método de estimação por pontos são apresentados (2m e 2m+1 pontos). Para testar os métodos propostos são empregados os sistemas IEEE de 4, 34 e 123 barras. Os resultados obtidos através dos esquemas são comparados aos obtidos por uma simulação de Monte Carlo. Esta análise permite avaliar as potencialidades do método em termos de precisão e tempos de simulação.<hr/>In this paper the point estimation method is applied to solve the probabilistic power flow problem for unbalanced three-phase distribution systems. Through the implementation of this method the probability distribution functions of voltages (magnitude and angle) as well as the active and reactive power flows in the branches of the distribution system are determined. Two different approaches of the point estimation method are presented (2m and 2m+1 point schemes). In order to test the proposed methodology, the IEEE 34 and 123 bus test systems are used. The results obtained with both schemes are compared with the ones obtained by a Monte Carlo Simulation (MCS). <![CDATA[<b>Study of the limitations imposed by the zeros of the OLTF of supplementary controllers on the damping of eletromechanic oscillations</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200006&lng=&nrm=iso&tlng= O principal objetivo deste trabalho é analisar a influência de diferentes sinais de entrada para controladores suplementares de amortecimento (POD - Power Oscillation Damping) na localização e controle de dispositivos FACTS UPFC (Unified Power Flow Controller), visando o amortecimento de oscilações de baixa frequência no Sistema Elétrico de Potência (SEP). Serão analisados três sinais de entrada, sendo dois sinais localmente disponíveis (corrente elétrica e fluxo de potência ativa na linha de instalação do UPFC) e um sinal remoto (velocidade angular). Para este fim, o Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP) é utilizado para a representação do SEP. De maneira usual, uma análise de sensibilidade, através do método dos resíduos, fornece a localização para instalação do conjunto UPFC/POD e o procedimento para ajuste dos parâmetros do controlador para o amortecimento de um polo de interesse. Entretanto, será mostrado neste trabalho que devido à proximidade de algum zero ao polo de interesse, 0 maior resíduo não necessariamente fornecerá a melhor localização para o conjunto UPFC/POD, fato verificado com maior incidência quando da utilização de sinais locais para a entrada dos controladores. Análises comparativas da eficiência dos sinais de entrada para o POD são apresentadas para o sistema New England composto por 10 geradores, 39 barras e 46 linhas de transmissão.<hr/>The main objective of this work is to analyze the influence of different input signals for supplementary damping controller (POD - Power Oscillation Damping) on the location and control of FACTS devices UPFC (Unified Power Flow Controller), in order to damp low frequency oscillations in Electric Power System (EPS). Will analyze three input signals, two signals available locally (electric current and power flow in UPFC line installation) and a remote signal (angular velocity). To this purpose, the Power Sensitivity Model (PSM) is used to represent the EPS. In the usual way, a sensitivity analysis, using the residue method, provides the location for installation of the UPFC/POD and the procedure for setting the parameters of the controller to damp a pole of interest. However, it will be shown in this work due to the proximity of a zero to an eigenvalue of interest, the largest residue does not necessarily provide the best location for all UPFC / POD, as observed more frequently in local signals. Comparative analyses of efficiency of input signals to the POD are presented to the New England system with 10 generators, 39 buses and 46 transmission lines. <![CDATA[<b>Integrated system for development and real time execution of protection algorithm in electrical systems</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200007&lng=&nrm=iso&tlng= O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de software e hardware cujo objetivo é servir de plataforma para desenvolver e executar em tempo real algoritmos de proteção aplicados a sistemas elétricos. O objetivo deste sistema é reduzir o tempo de desenvolvimento de novas funções de proteção, possibilitando a execução de testes em tempo real e não por meio de simulações computacionais, como é tipicamente encontrado na literatura. Neste trabalho as funções de proteção de gerador que foram implementadas e testadas são descritas, e os resultados obtidos comparados com aqueles extraídos através de testes em um relé comercial, evidenciando a viabilidade do sistema desenvolvido.<hr/>This article presents the development of an integrated system of hardware and software, whose objective is to serve as a platform for developing and executing new power system protection algorithms on a real-time environment. The proposed system aims to reduce development time of new protection functions, enabling real-time analysis in opposition of only computer simulations, as can be typically found in technical literature. In this work, generator protection functions were implemented and tested, and the results were compared with a commercial relay, showing the feasibility and dependability of the proposed system. <![CDATA[<b>Dynamic security improvement based on stochastic analysis and metaheuristic</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200008&lng=&nrm=iso&tlng= This paper presents a new approach for the dynamic security assessment based on the improvement of an index that represents the current probabilistic risk level of the electric grid operation. The index is based on a comprehensive analysis where several electromechanical simulations are performed, considering uncertainties regarding topological configurations, load levels, intertie flows, as well as several different types, locations and duration of faults. These simulations based on detailed models allow for a more accurate performance evaluation of the power system. The optimization process is based on the metaheuristic called Particle Swarm algorithm.<hr/>Este artigo apresenta uma nova abordagem para a avaliação da segurança dinâmica de sistemas elétricos de potência baseada na melhoria de um índice que representa o nível de risco operativo probabilístico da rede elétrica. Esse índice é obtido a partir de uma avaliação na qual são realizadas diversas simulações eletromecânicas, considerando as incertezas relacionadas a configurações topológicas, patamares de carga e perfis de intercâmbio, bem como tipos, locais e duração de defeitos. As simulações eletromecânicas com modelos detalhados permitem uma representação mais acurada dos elementos da rede elétrica resultando em um diagnóstico mais confiável. O processo de otimização é baseado na metaheurística denominada algoritmo Enxame de Partículas. <![CDATA[<b>3-axis control of a university satellite for attitude acquisition departing from unfavorable initial conditions</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000200009&lng=&nrm=iso&tlng= The design of a low cost university satellite ITASAT seeks to meet launch constraints as a secondary, piggyback payload. The dual-spin configuration has been investigated to determine the performance of the autonomous Attitude Control System (SCA) when the satellite separates from the launch vehicle in an unfavorable initial condition prior to attitude acquisition. The dual-spinner is controlled in three axes to acquire and maintain a single face pointing to the Sun by means of a momentum wheel whose rotation axis is orthogonal to that face, and a triad of air-core coil magnetotorquers that provide gyroscopic stiffness and control torques to maneuver and point the solar panel to the Sun. The SCA starts actuation as from separation, and operates in closed loop with estimates of the satellite attitude and angular velocity. These estimates are computed by an extended Kalman filter (FKE) that processes vector measurements of the Sun direction and the geomagnetic field provided by Sun sensors and a triaxial magnetometer. Starting from unfavorable initial conditions, approximately 1.5 day has been required to yield a pointing error under 10º, and less than two days to maintain the error below 0.1º. Satellite oscillations about the wheel axis have been within an acceptable margin. The duration of the maneuvers in relation to the capacity of the batteries on board have confirmed the feasibility of the dual-spin configuration. The resulting performance and complexity have been compared with those of the rigid-body spin stabilization to select an appropriate configuration for the satellite mission.<hr/>A concepção de um satélite universitário de baixo custo busca atender as restrições de seu lançamento como carga útil secundária. A configuração girostato foi investigada para avaliar o desempenho do Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo durante a aquisição de atitude quando o satélite se separa do veículo lançador em uma condição inicial desfavorável. A configuração girostato é controlada em três eixos e busca manter voltada para o Sol a única face com o painel solar. Uma roda de momentum, cujo eixo de rotação é ortogonal àquela face, provê rigidez giroscópica para, em conjunto com três bobinas de torque com núcleo de ar, gerar torques para controle de atitude em três eixos. O SCA inicia sua ação a partir da separação, operando em malha fechada com a estimação da atitude e da velocidade angular do satélite. Essas estimativas são fornecidas por um filtro de Kalman estendido (FKE) que processa medidas vetoriais da direção do Sol e do campo geomagnético oriundas de sensores de Sol e magnetômetro triaxial. Partindo de condições desfavoráveis, os resultados mostraram que o apontamento do satélite demanda cerca de um dia e meio dia para prover erro de apontamento inferior a 10º e menos de dois dias para manter o erro abaixo de 0,1º. Em torno do eixo da roda, ocorre oscilação do satélite em torno da referência, mas dentro de uma margem aceitável. A duração das manobras em relação à capacidade de carga das baterias embarcadas confirmou a viabilidade da configuração girostato. O desempenho e a complexidade dessa configuração foram comparados com a estabilização de corpo rígido com rotação spin visando selecionar configuração apropriada para a missão do satélite.