Scielo RSS <![CDATA[Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=0103-175920120004&lang=en vol. 23 num. 4 lang. en <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[<b>A new approach for modeling and control of nonlinear systems via norm-bounded linear differential inclusions</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400001&lng=en&nrm=iso&tlng=en A systematic approach to model nonlinear systems using norm-bounded linear differential inclusions (NLDIs) is proposed in this paper. The resulting NLDI model is suitable for the application of linear control design techniques and, therefore, it is possible to fulfill certain specifications for the underlying nonlinear system, within an operating region of interest in the state-space, using a linear controller designed for this NLDI model. Hence, a procedure to design a dynamic output feedback controller for the NLDI model is also proposed in this paper. One of the main contributions of the proposed modeling and control approach is the use of the mean-value theorem to represent the nonlinear system by a linear parameter-varying model, which is then mapped into a polytopic linear differential inclusion (PLDI) within the region of interest. To avoid the combinatorial problem that is inherent of polytopic models for medium- and large-sized systems, the PLDI is transformed into an NLDI, and the whole process is carried out ensuring that all trajectories of the underlying nonlinear system are also trajectories of the resulting NLDI within the operating region of interest. Furthermore, it is also possible to choose a particular structure for the NLDI parameters to reduce the conservatism in the representation of the nonlinear system by the NLDI model, and this feature is also one important contribution of this paper. Once the NLDI representation of the nonlinear system is obtained, the paper proposes the application of a linear control design method to this representation. The design is based on quadratic Lyapunov functions and formulated as search problem over a set of bilinear matrix inequalities (BMIs), which is solved using a two-step separation procedure that maps the BMIs into a set of corresponding linear matrix inequalities. Two numerical examples are given to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.<hr/>Este artigo propõe um método sistematico para modelagem de sistemas não-lineares na forma de inclusões diferenciais limitadas por norma (IDLNs). O modelo de IDLN resultante é adequado para aplicação de técnicas de projeto de controle linear, o que possibilita atender critérios específicos de desempenho dinâmico para o sistema não linear original em uma região de operação de interesse no espaço de estados, a partir de um controlador linear projetado para a sua representação na forma de IDLN. Então, um procedimento para projeto de um controlador por realimentação dinâmica de saída para um sistema descrito na forma de IDLN é também proposto neste artigo. Uma das principais contribuições da abordagem proposta de modelagem e controle é a aplicação do teorema do valor intermediário para representar sistemas não-lineares na forma de um modelo linear com parâmetros variantes no tempo, o qual é então mapeado em uma inclusão diferencial linear politópica (IDLP). Para evitar o problema combinatório inerente aos modelos politópicos para sistemas de médio e grande porte, a IDLP é transformada em uma IDLN, e este processo é feito de tal forma que todas as trajetórias do sistema não-linear original sejam também trajetórias do modelo resultante de IDLN. Além do mais, é também possível escolher uma estrutura particular para os parâmetros da IDLN de forma à reduzir o conservadorismo na representação do sistema não-linear pelo modelo de IDLN, e esta característica é também uma importante contribuição deste artigo. Quanto ao projeto do controlador, ele é formulado como um problema de busca por uma solução que satisfaça um conjunto de restrições escritas na forma de desigualdades matriciais bilineares (ou BMIs, do inglês bilinear matrix inequalities). Tal solução é então encontrada usando-se um procedimento de separação em duas etapas que transforma o conjunto original de BMIs em um conjunto correspondente de desigualdades matriciais lineares (ou LMIs, do inglês linear matrix inequalities). Dois exemplos numéricos são apresentados para demonstrar a eficiência da abordagem proposta. <![CDATA[<b>Stabilizability of nonminimum phase unstable plants with arbitrary multiplicity over AWGN channels</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400002&lng=en&nrm=iso&tlng=en In the present paper we obtain the infimal signal-to-noise ratio (SNR) required for the stabilizability of a linear output feedback loop over an additive white Gaussian noise (AWGN) channel in closed-form. The focus on AWGN channels allow us to then define the minimal channel capacity required for stabilizability. Finally, the infimal SNR for stabilizability also allow us to identify in closed-form the related stabilizing Hermitian positive semidefinite solution to the continuous-time algebraic Riccati equation of LQ control with vanishing state weight and repeated eigenvalues.<hr/>Neste artigo, obtemos a relação sinal-ruído ínfimo (SNR) necessário para a estabilizabilidade de um laço linear saída de realimentação ao longo de um canal de Gaussian aditivo branco ruído (AWGN) em forma fechada. O foco em canais AWGN nos permitirá, então, definir a capacidade do canal mínima exigida para estabilizabilidade. Finalmente, o SNR ínfimo para estabilizabilidade também nos permitem identificar em closed-formar o relacionado estabilização solução positiva Hermitiana semidefinida para a equação de Riccati de tempo contínuo algébrica de controle LQ com desaparecer o peso do Estado e autovalores repetidos. <![CDATA[<b>Development of an ultrasound tomograph for simulation of dynamic monitoring of CO<sub>2</sub> injection into hydrocarbons reservoir</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400003&lng=en&nrm=iso&tlng=en O principal objetivo deste artigo é apresentar o desenvolvimento de um tomógrafo ultrassônico que simula o monitoramento dinâmico da injeção de CO2 em um reservatório de hidrocarbonetos. É proposto o uso de tomografia ultrassônica para detectar mudanças na velocidade do som causadas por um corpo de prova dentro de um meio com escala reduzida, visando simular o monitoramento dinâmico em campo, uma vez que a injeção de CO2 também causa mudanças na velocidade do som no reservatório de hidrocarbonetos. O sistema de aquisição real simulado por este tomógrafo é composto por fontes acústicas espaçadas uniformemente ao longo de um poço aproximadamente vertical em paralelo a outro poço, perfurados em um campo de exploração de hidrocarbonetos, onde os receptores são dispostos uniformemente. O sinal acústico se propaga a partir de cada fonte e percorre o meio entre os poços até atingir os receptores no outro poço. A partir dos tempos de trânsito do sinal registrado nos receptores, pode-se estimar a velocidade de propagação do meio entre fontes e receptores. A imagem do subsolo é então estimada utilizando-se algoritmos de tomografia sísmica. Esta imagem é uma representação gráfica do campo de velocidades e permite identificar os contornos da pluma do CO2 injetado em reservatórios de hidrocarbonetos. Assim, pode-se automatizar o monitoramento contínuo da injeção de CO2 de modo a preservar a segurança da operação de campo contra vazamentos de CO2 indesejados e potencialmente letais.<hr/>The main goal of this paper is to present the development of an ultrasonic tomograph that simulates the dynamic monitoring of CO2 injection into a hydrocarbon reservoir. It is proposed the use of ultrasonic tomography to detect sound velocity changes caused by a phantom inside a small-scale medium, in order to simulate the dynamic monitoring on field, since CO2 injection also causes sound velocity changes in the hydrocarbon reservoir. The real acquisition system simulated by this tomograph is comprised by acoustic sources evenly spaced along an approximately vertical well in parallel to another well, both drilled in the oilfield, where the acoustic receivers are evenly spaced. The acoustic signal propagates from each source and crosses the medium between wells to reach the receivers in another well. From traveltimes recorded at receivers, one can estimate the sound propagation velocity of the medium between sources and receivers. The subsurface image is then estimated by use of seismic tomography methods. That image is a graphical representation of the sound velocity field and yields the identification of CO2 plume contour injected into hydrocarbons reservoirs. Thus, one can automate the CO2 injection monitoring in order to preserve the field operation safety against undesirable and potentially lethal CO2 leaks. <![CDATA[<b>Classical methods for the evaluation of measurement uncertainty in multivariate systems</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400004&lng=en&nrm=iso&tlng=en O presente trabalho visa demonstrar uma breve revisão dos dois métodos clássicos para a avaliação da incerteza de medição em sistemas multivariáveis. Os aspectos teóricos e práticos do método baseado na lei de propagação de incertezas (MLPU) e do método baseado na lei de propagação de funções de densidade de probabilidade, implementado via o método de Monte Carlo (MLPP), são apresentados. Além disso, um exemplo ilustrativo é apresentado de modo a elucidar uma aplicação de ambos os métodos.<hr/>The aim of the present work is to give a brief review of two classical methods for the evaluation of measurement uncertainty in multivariate systems. The theoretical and practical issues of the method based on the law of propagation of uncertainties (MLPU) and of the method based on the law of propagation of probability density functions using Monte Carlo method (MLPP) are presented. In order to elucidate an application of both the MLPU and MLPP methods an illustrative example is also presented. <![CDATA[<b>Automatic system for the efficient control of illumination for multiple fluorescent lamps</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400005&lng=en&nrm=iso&tlng=en Este artigo apresenta o desenvolvimento e a implementação de um sistema de iluminação automático multi-lâmpadas fluorescentes, com correção ativa do fator de potência de entrada utilizando a técnica dos valores médios instantâneos na forma digital, com capacidade de pré-aquecimento programável dos filamentos dos eletrodos e com controle de luminosidade. Além disso, o sistema proposto permite o gerenciamento e supervisão remota através de uma plataforma computacional amigável ao usuário, onde o sistema opera de forma automática ou manual, de acordo com a necessidade de cada ambiente e/ou do usuário, otimizando o consumo de energia elétrica.<hr/>This paper presents the development and implementation of an automatic multi-lamp lighting fluorescent system, with digital average current mode control for input power factor correction, based on electronic ballasts with capacity of ideal programmable preheating and dimming capabilities. Furthermore, the proposed system allows remote monitoring and management through a friendly software platform, where the system operates automatically or manually, according to the needs of each environment and/or user, optimizing the comsumption of electrical energy. <![CDATA[<b>Metodologia prática para estimação de parâmetros de geradores síncronos a partir de medidas de perturbações</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400006&lng=en&nrm=iso&tlng=en Este artigo propõe uma nova metodologia prática e robusta para estimar parâmetros de geradores síncronos. A metodologia proposta utiliza a análise de sensibilidade de trajetória combinada com uma nova abordagem, denominada 'abordagem de minimização' para estimação de parâmetros de sistemas dinâmicos não-lineares modelados por conjuntos de equações algébricos diferenciais. Uma escolha adequada de entradas e saídas permite a divisão da estimação de parâmetros do gerador na estimação independente dos parâmetros elétricos e mecânicos. A metodologia é robusta com relação às condições iniciais dos parâmetros, não requer execução de testes especiais e utiliza apenas medidas de perturbações de fácil obtenção (correntes e tensões trifásicas, tensão de campo e velocidade do rotor) coletadas do sistema de energia elétrica sem desconectar o gerador da rede.<hr/>A new practical and robust methodology to estimate parameters of synchronous generators is proposed in this paper. The proposed methodology is based on trajectory sensitivity analysis combined with a new approach termed 'minimization approach' to estimate parameters of nonlinear dynamical systems modeled by a set of differential-algebraic equations. A suitable choice of inputs and outputs allows the division of the estimation of generator parameters into the independent estimation of mechanical and electrical parameters. The methodology is robust with respect to initial parameter guesses and it does not require special tests, but uses disturbance data (3-ϕ currents and voltages, field voltage and mechanical rotor speed measurements) collected from the electric power system without disconnecting the generator from the grid. <![CDATA[<b>Challenges and benefits of the use of probabilistic criteria in electric power systems planning</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400007&lng=en&nrm=iso&tlng=en O sistema elétrico brasileiro tem sido projetado e operado através do uso de um conjunto de critérios de confiabilidade determinísticos. Esses critérios têm cumprido um papel importante no desenho e na operação do sistema durante décadas. Entretanto, tendem à utilização menos otimizada dos recursos disponíveis e no excesso de instalações de reserva de capacidade de transmissão, com impacto direto nos custos associados ao planejamento e operação do sistema. No planejamento da expansão, por exemplo, o critério determinístico mais utilizado é o n-1. Com relação à aprovação de intervenções programadas na rede básica, o principal critério determinístico adotado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) é o n-2. Esse critério estabelece que o sistema elétrico deve suportar a indisponibilidade simultânea de um elemento de transmissão que esteja fora de operação para manutenção e de qualquer outro elemento por contingência, sem que ocorram violações dos indicadores de desempenho do sistema. Este artigo discute as limitações desses critérios determinísticos e propõe uma nova metodologia para avaliação de intervenções programadas, com base em técnicas probabilísticas. A nova metodologia permite uma avaliação mais precisa e flexível de agendamento de interrupções durante dias úteis em período de carga média, sem que o grau de risco do sistema se eleve a níveis preocupantes. Os resultados esperados com esse novo critério correspondem à redução dos custos de operação e de manutenção que, por sua vez, implicam na redução das tarifas de energia paga pelos consumidores.<hr/>The Brazilian power grid has been traditionally designed and operated using a set of deterministic reliability criteria. This method has played an important role in the design and operation of the Brazilian bulk power system for decades. However, deterministic criterions tend to use available resources less optimally and stress facilities in the context of transmissions capacity. In the expansion planning, for instance, the main deterministic criterion is the well know n-1. With regard to the approval of scheduled maintenance of transmission equipment on the basic grid, the Brazilian Independent System Operator (ISO) is the n-2. This criterion requires that the electrical system support the unavailability of any particular transmission element that has been deactivated for maintenance purposes, as well as any other contingency situations that may arise, without violating any system constraints. This paper discusses the limitations of the deterministic reliability criteria and proposes a new approach entirely based on probabilistic techniques. The new method allows a more efficient scheduled maintenance during medium load workdays, without significantly increasing the risk level of the system. The expected result of implementing this new criterion is a reduction in operations and maintenance costs, which should in turn reduce the electricity rates paid by end users. <![CDATA[<b>Impulse response of grounding electrodes</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400008&lng=en&nrm=iso&tlng=en Este artigo apresenta uma série de análises paramétricas do comportamento transitório de eletrodos horizontais de aterramentos elétricos típicos dos cabos contrapeso de linhas de transmissão. As análises em causa consistem da relação entre resistência de aterramento, impedância impulsiva, comprimento efetivo, coeficiente de impulso e distribuição de corrente ao longo do eletrodo. O cálculo de tais parâmetros decorre da aplicação de uma modelagem eletromagnética de aterramentos elétricos no domínio da frequência, oriunda diretamente das equações de campo e validada experimentalmente por meio de comparação com resultados experimentais.<hr/>This paper presents a series of parametric analysis of the transient behavior of horizontal grounding electrodes, typical of the transmission line counterpoises. The analyses in question consist of the relationship among grounding resistance, impulse impedance, effective length, impulse coefficient and current distribution along the electrode. The calculation of these parameters follows from the application of a grounding electromagnetic model in the frequency domain, directly derived from field equations and experimentally validated by comparison with experimental results. <![CDATA[<b>Derivation and tests of relief functions to estimate the influence of switching measures in the elimination of overloads by using backward injection</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400009&lng=en&nrm=iso&tlng=en Na operação de sistemas elétricos verificam-se, eventualmente, violações em limites de tensões em barramentos das subestações, ou de carregamentos de linhas de transmissão ou transformadores de potência em subestações. Caso o monitoramento dessas grandezas indique possíveis problemas, é necessário adotar medidas corretivas para eliminá-los ou atenuar sua intensidade, devendo a restrição de carga ser utilizada como último recurso. Uma medida de controle bastante eficaz é a técnica intitulada Chaveamentos Corretivos, capaz de influenciar o fluxo de potência de redes malhadas a partir de alterações em suas topologias, sem, entretanto, produzir qualquer custo operacional adicional. Em trabalhos anteriores, o cálculo desenvolvido para verificar a capacidade de uma determinada variante de chaveamento em eliminar a sobrecarga em um ramo específico era realizado através de redução de redes ou através de análises heurísticas. O presente trabalho objetiva a dedução analítica de equações para estimar a alteração de corrente em ramos sobrecarregados, após a realização de chaveamentos em subestações, mediante o emprego de poucos cálculos, decorrentes de aproximações lineares. Para o acoplamento de barras de subestações, as deduções serão baseadas na teoria de Curto-circuito e na metodologia da Função de Alívio. Já para a abertura de barras de subestações, será deduzida uma nova Função de Alívio, fundamentada na técnica de circuito equivalente. Embora sistemas de equações lineares sejam utilizados para fundamentar as deduções, sua solução formal para cada variante, em tempo real, não é necessária. A partir das estimativas realizadas, elabora-se uma lista de variantes prioritárias para teste final através de um cálculo exato de fluxo de carga. Por fim, apresentam-se resultados obtidos através de simulações em uma rede real.<hr/>Eventually, violations of voltage limits at buses or admissible loadings of transmission lines and/or power transformers may occur by the power system operation. If violations are detected in the supervision process, corrective measures may be carried out in order to eliminate them or to reduce their intensity. Loading restriction is an extreme solution and should only be adopted as the last control action. Previous researches have shown that it is possible to control constraints in electrical systems by changing the network topology, using the technique named Corrective Switching, which requires no additional costs. In previous works, the proposed calculations for verifying the ability of a switching variant in eliminating an overload in a specific branch were based on network reduction or heuristic analysis. The purpose of this work is to develop analytical derivation of linear equations to estimate current changes in overloaded branches (due to switching measures) by means of few calculations. For bus-bar coupling, derivations will be based on Short-circuit theory and Relief Function methodology. For bus-bar splitting, a Relief Function will be derived based on a technique of equivalent circuit. Although systems of linear equations are used to substantiate deductions, its formal solution for each variant in real time does not become necessary. A priority list of promising variants is then assigned for final check by an exact load flow calculation. At last, results obtained by simulation in a real network will be presented. <![CDATA[<b>Performance analysis of flickermeter in the presence of interharmonic components</b>]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592012000400010&lng=en&nrm=iso&tlng=en Até o início da primeira década do século XXI acreditava-se que o aparecimento do fenômeno da flutuação de tensão, e eventualmente da cintilação luminosa (flicker), estava necessariamente relacionado com a variação abrupta, repetitiva ou aleatória, da potência reativa requerida por algumas cargas elétricas específicas como, por exemplo, os fornos elétricos a arco e os laminadores de tiras. E foi exatamente nesse contexto que o protocolo da IEC para quantificação dos níveis de severidade de flicker foi desenvolvido. Nesse sentido, o presente trabalho mostrará alguns resultados de simulações computacionais, assim como resultados obtidos em laboratório, evidenciando problemas na quantificação das flutuações de tensão através do flickermeter IEC, quando da sobreposição de tensões com frequências inter-harmônicas ao sinal de tensão fundamental.<hr/>Until the beginning of the first decade of this century it was believed that the appearance of the phenomenon of voltage fluctuation, and eventually flicker, was necessarily related to the abrupt changes, repetitive or random, in reactive power required by some loads like, for example, electric arc furnaces and hot strip mills. Concomitantly, the IEC flickermeter protocol was developed in this specific context. In this sense, the present paper shows some simulation results, as well as results obtained in the laboratory, showing problems in the quantification of voltage fluctuations by the IEC flickermeter, when interharmonic voltages are superimposed on the fundamental frequency.