Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 18, Issue: 3, Published: 2007
  • An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

    Caldeira, Eliete Maria de Oliveira; Schneebeli, Hans Jörg Andreas; Sarcinelli-Filho, Mário

    Abstract in English:

    This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.
  • Redes de petri híbridas diferenciais: aplicação na modelagem e no gerenciamento dinâmico de energia de redes de sensores sem fio Automação E Robótica

    Sousa, J. R. B.; Sausen, P. S.; Lima, A. M. N.; Perkusich, A.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho é apresentado um formalismo denominado Redes de Petri Híbridas Diferenciais para modelar e simular sistemas híbridos. Ele baseia-se nos principais elementos da semântica do autômato híbrido e no poder de modelagem das redes de Petri. Considerando que Redes de Sensores Sem Fio são sistemas híbridos, este formalismo é aplicado na modelagem de uma técnica de Gerenciamento Dinâmico de energia que baseia-se na Capacidade da bateria (GDC). Portanto, ao levar em conta as interações entre as dinâmicas destas redes obtém-se resultados mais realistas no estudo do consumo de energia. A técnica GDC proposta, em função da capacidade da bateria, define a freqüência de desligamento do nó sensor para permitir a recuperação da capacidade da bateria. Além disto, ela minimiza o tempo de desligamento do nó sensor, ao mesmo tempo que distribui esse tempo ao longo dos ciclos de trabalho do mesmo. Os resultados obtidos mostram que a técnica GDC proposta prolonga o tempo de vida do nó sensor.

    Abstract in English:

    In this work a formalism named Differential Hybrid Petri Nets to model and simulate hybrid systems is presented. It is based on the main elements of the semantics of the hybrid automaton and the modeling power of Petri nets. Considering that Wireless Sensor Networks are hybrid systems, this formalism is applied to model a Dynamic Power Management technique based on battery Capacity (GDC). Therefore, when taken into account the interactions among the dynamics of these nets, more realistic results are obtained in the study of energy consumption. The proposed GDC technique, in function of the capacity of the battery, defines the turn off frequency of the sensor node to allow the recovery of battery capacity. Besides, the proposed GDC technique minimizes the turn off time of the sensor node, at same time that distributes this time along the cycles of work of the sensor node. The obtained results demonstrate that the proposed GDC technique prolongs the lifetime of the sensor node.
  • Usando redes neurais diretas e regras de produção no controle da concentração de hormônios tireoideanos Sistemas Inteligentes

    Martins, L. G. A.; Monteiro, L. H. A.

    Abstract in Portuguese:

    O hipotireoidismo é uma patologia que ocorre no sistema de regulação dos hormônios tireoideanos, decorrente da deficiência na produção ou na ação desses hormônios. A maioria dos pacientes hipotireoideos deve fazer reposição hormonal durante toda a vida. Neste trabalho, desenvolve-se um modelo de controlador para o fornecimento de medicamentos aos pacientes com hipotireoidismo primário, devido à remoção total da glândula tireóide. Duas redes neurais diretas com múltiplas camadas predizem as concentrações dos hormônios TSH e T4 existentes no sangue. Essas previsões e as concentrações correntes são utilizadas como entrada para o controlador. Baseando-se em um conjunto de regras de produção, define-se qual a dosagem da droga que é necessária ser aplicada, no presente, a fim de manter as concentrações hormonais dentro de faixas de regularidade, no futuro. A atuação do controlador deve ser tal que mudanças bruscas não ocorram na evolução temporal das concentrações desses hormônios.

    Abstract in English:

    Hypothyroidism is a pathology that occurs in the system regulating the thyroid hormones and it is a consequence of insufficiency either in the production or in the action of these hormones. Most of the patients in hypothyroidism state must use hormonal replacement therapy for all their lives. In this work, a controller model for supplying therapeutic drugs to primary hypothyroidism patients, whose have been submitted to total removal of thyroid gland, is developed. Two multilayer perceptron neural networks predict the concentrations of the hormones TSH and T4 in the blood. These forecasts and the current concentrations are used as input to the controller. Based on a set of production rules, the controller defines the necessary drug dosage to maintain the concentrations inside regularity bands in the future. The performance of the controller must be such that abrupt changes do not occur on the time evolution of those hormones.
  • Identificação e controle de processos via desenvolvimentos em séries ortonormais. Parte A: identificação Identificação E Controle

    Campello, Ricardo J. G. B.; Oliveira, Gustavo H. C.; Amaral, Wagner C.

    Abstract in Portuguese:

    O presente artigo apresenta uma visão geral do estado da arte na área de identificação de sistemas utilizando modelos dinâmicos com estrutura desenvolvida através de bases de funções ortonormais, como as funções de Laguerre, Kautz ou funções ortonormais generalizadas. Discute-se as vantagens e possíveis limitações desse tipo de estrutura bem como os fundamentos matemáticos dos modelos correspondentes nos contextos de identificação linear, linear com incertezas paramétricas (identificação robusta) e não linear, incluindo uma revisão bibliográfica abrangente sobre o tema. Diferentes realizações de modelos com funções de base ortonormal, a saber, modelos lineares, de Volterra, fuzzy e neurais, são detalhadas e discutidas comparativamente em termos de capacidade de representação, parcimônia, complexidade de projeto e interpretabilidade. Aspectos práticos da identificação desses modelos são também apresentados e ilustrados através de dois casos de estudo envolvendo um processo simulado de polimerização isotérmica.

    Abstract in English:

    In this paper, an overview about the identification of dynamic systems using orthonormal basis function models, such as those based on Laguerre and Kautz functions, is presented. The mathematical foundations of these models as well as their advantages and limitations are discussed within the contexts of linear, robust, and nonlinear identification. The discussions comprise a broad bibliographical survey on the subject and a comparative analysis involving some specific model realizations, namely, linear, Volterra, fuzzy, and neural models within the orthonormal basis function framework. Theoretical and practical issues regarding the identification of these models are also presented and illustrated by means of two case studies related to a polymerization process.
  • Identificação e controle de processos via desenvolvimentos em séries ortonormais. Parte B: controle preditivo Identificação E Controle

    Oliveira, Gustavo H. C.; Campello, Ricardo J. G. B.; Amaral, Wagner C.

    Abstract in Portuguese:

    O presente artigo aborda o problema da seleção da estrutura de modelos em algoritmos de controle preditivo para sistemas monovariáveis. Neste sentido, apresenta a utilização de modelos com estrutura dinâmica desenvolvida através de bases de funções ortonormais, como as funções de Laguerre, Kautz ou funções ortonormais generalizadas. Os principais aspectos relacionados com esta classe de modelos no contexto de controladores preditivos lineares com restrições terminais, não lineares e robusto são discutidos e uma revisão bibliográfica é apresentada. O desempenho de malha fechada das estratégias analisadas é ilustrado através de dois casos de estudo envolvendo uma incubadora para recém nascidos e um processo simulado de polimerização isotérmica.

    Abstract in English:

    This paper presents an overview about predictive control schemes based on orthonormal basis function models. Different predictive control schemes based on such models are discussed, namely, linear controllers with terminal (stabilizing) constraints, robust controllers, and non-linear controllers. The discussions comprise a broad bibliographical survey on the subject as well as two case studies involving a simulated dynamic system and a real process.
  • Representação de linhas de transmissão por meio de variáveis de estado levando em consideração o efeito da freqüência sobre os parâmetros longitudinais Sistemas De Potência

    Kurokawa, Sérgio; Yamanaka, Fábio Norio Razé; Prado, Afonso José do; Bovolato, Luiz Fernando; Pissolato, José

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é determinar as matrizes de estado que representam uma linha de transmissão cujos parâmetros são considerados variáveis em relação à freqüência. Inicialmente a linha é representada por meio de uma cascata de circuitos pi, sendo que o efeito da freqüência sobre os parâmetros longitudinais da linha é sintetizado por meio de uma associação série e paralela de resistores e indutores que é inserida em cada um dos circuitos pi. Esta cascata é então descrita por meio de variáveis de estado. O modelo será utilizado para representar uma linha monofásica, levando em consideração que os parâmetros da mesma são dependentes da freqüência. As simulações serão realizadas no ambiente Matlab. Para conferir a regra de formação das matrizes de estado, os resultados obtidos com a representação proposta serão comparados com os resultados obtidos com o Microtran.

    Abstract in English:

    The main objective of this paper is to show the formulation rule of state matrices when the state-space approach is used to represent a transmission line taking into account its frequency dependent parameters. First, the line is represented through a cascade of pi circuits and the frequency dependence of the longitudinal parameters is synthesized with series and parallel resistors and inductors that are inserted in each pi circuit. After that the cascade is described through state equations. The model will be used to represent a single-phase line taking into account that its parameters are frequency dependents. The simulations are carried out by using Matlab and the results obtained will be compared with results obtained with Microtran.
  • A influência do modo de operação do SSSC na estabilidade de ângulo de sistemas elétricos de potência Sistemas De Potência

    Castro, Marcelo S.; Ayres, Hugo M.; Kopcak, Igor; Costa, Vivaldo F. da; Silva, Luiz Carlos P. da

    Abstract in Portuguese:

    Afim de realizar específicos objetivos de compensação, um SSSC (Static Synchronous Series Compensator) pode ser controlado de diferentes formas. Os modos de controle do SSSC mais discutidos na literatura são 1) modo de tensão constante, 2) modo de reatância constante, e 3) modo de potência constante. Enquanto os dois primeiros modos acima citados são usados para realizar apenas compensação série de potência reativa, o modo de potência constante também permite que o fluxo de potência na rede de transmissão seja controlado. Uma vez que esses modos podem causar diferentes impactos na estabilidade angular do sistema, o objetivo desse trabalho é investigar a influência do modo de operação do SSSC na estabilidade de ângulo a pequenas perturbações e na estabilidade transitória de sistemas de potência. O estudo é baseado na técnica de análise modal bem como em simulações no domínio do tempo, as quais são realizadas usando o PSAT (Power System Analysis Toolbox). Os resultados obtidos mostram que, quando realizando apenas compensação série de potência reativa, o uso do SSSC no modo de reatância constante é a melhor estratégia para melhorar a estabilidade de ângulo a pequenas perturbações bem como a estabilidade transitória.

    Abstract in English:

    In order to accomplish specific compensation objectives, a Static Synchronous Series Compensator (SSSC) can be controlled according different methods. In the literature, the most discussed control modes of the SSSC are 1) constant voltage mode, 2) constant impedance emulation mode, and 3) constant power control mode. The first two modes above cited are used when purely series reactive compensation is required, whereas the third one also enables to control the power flow in the transmission network. Since these modes can have different impacts on system angle stability, this paper aims to assess the influence of SSSC operation mode on both small-signal and transient stability of power systems. The study is based on modal analysis and time domain simulations which are carried out by using the Power System Analysis Toolbox (PSAT). The results obtained allow to conclude that, when performing purely series reactive compensation, the SSSC usage in the constant impedance emulation mode is the most beneficial strategy to improve both small-signal and transient stability.
  • Programação da contratação de energia considerando geração distribuída e incertezas na previsão de demanda Sistemas De Potência

    Rodrigues, Flávia F. C.; Borges, Carmen L.T.; Falcão, Djalma M.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um modelo computacional para planejamento de contratação de energia elétrica de concessionárias de distribuição do Brasil objetivando o horizonte do curto/curtíssimo prazo de modo a se obter a menor despesa com compra de energia para atendimento da totalidade de seus mercados, incluindo unidades de geração distribuída. O modelo contempla as especificidades e restrições mercadológicas e regulatórias do setor elétrico brasileiro e os limites técnicos inerentes às capacidades máximas de unidades de geração distribuída. A função objetivo proposta engloba o mercado de curto prazo, a aplicação de penalidades por insuficiência de contratação por parte da concessionária de distribuição, leilões de ajuste e geração distribuída localizada na rede da distribuidora. Foi utilizada programação linear fuzzy de modo a prover o melhor tratamento às incertezas inerentes ao processo como a previsão de demanda e baixa provisão de energia de fonte eólica. A metodologia proposta foi aplicada em uma distribuidora localizada no Sudeste do Brasil e foram realizadas variações paramétricas de custos e tarifas de alternativas de contratação de energia para estabelecer uma reflexão sobre a viabilidade econômica da inserção de geração distribuída na otimização de despesas da distribuidora. Os resultados reproduziram com sucesso o objetivo de custo mínimo do modelo.

    Abstract in English:

    This paper presents a computer model for planning the optimal electric energy purchasing by Brazilian distribution utilities. The goal of the model is to find the least energy purchase cost, in short/very short term, in order to fully meet the commitments of energy supply to utility's consumers, according to the current regulatory conditions and taking into account distributed generation. The model assesses regulatory and market peculiarities and constraints related to the Brazilian Electric Power Sector, as well as the technical limits of distributed generation units ratings. The proposed objective function includes short term market, penalties for insufficient energy contracting by the distribution utility, adjustment biddings and distributed generation units connected to the utility network. Fuzzy Linear Programming was used in order to provide a better treatment to the uncertainties inherent to the process, such as demand forecasting or high variability of wind power generation. The proposed methodology was tested for a Southeastern Brazilian distribution utility. Parametric variations of costs and tariffs, for the contracting alternatives, were carried out to investigate the economical feasibility of distributed generation inclusion on the global energy purchase costs of the distribution utility. The results showed successful coherence with the objective of minimum cost model, as expected.
  • Decomposição modal de linhas de transmissão a partir do uso de duas matrizes de transformação Sistemas De Potência

    Kurokawa, Sérgio; Daltin, Rodrigo Serra; Prado, Afonso José do; Bovolato, Luiz Fernando; Pissolato, José

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo mostra um processo alternativo de decomposição modal de linhas de transmissão trifásicas, não idealmente transpostas, que possuem um plano de simetria vertical. O processo baseia-se no uso de duas matrizes de transformação modal. Inicialmente utiliza-se a matriz de Clarke para decompor a linha em suas componentes <FONT FACE=Symbol>a, b</FONT> e zero. Devido ao fato de as componentes alfa e zero serem acopladas, as mesmas podem ser representadas como sendo uma linha bifásica sem um plano de simetria vertical. Em seguida esta linha bifásica é decomposta em seus modos exatos a partir do uso de uma matriz de decomposição modal adequada. O artigo descreve as características da linha bifásica que representa as componentes alfa e zero e mostra a aplicação do processo de decomposição modal em uma linha trifásica de 440 kV.

    Abstract in English:

    This paper shows an alternative modal decomposition procedure of non ideally transposed three-phase transmission lines with a vertical symmetry. The procedure is based in the use of two modal transformation matrices. First, Clarke's matrix is used to separate the line in its <FONT FACE=Symbol>a, b</FONT> and zero components. Because alpha and zero components are mutually coupled they can be represented as being a two-phase line without a vertical symmetry plane. After that this two-phase line is separated in its exact modes by using an adequated modal transformation matrix. The paper describes the characteristics of the two-phase line used to represent the coupled alpha and zero components and it shows the application of the modal decomposition procedure in a 440 kV three-phase transmission line.
  • Metodologia para identificação do componente fundamental da tensão da rede baseada no algoritmo recursivo da TDF Sistemas De Potência

    Pádua, Marcelo S.; Deckmann, Sigmar M.; Lopes, Amauri; Marafão, Fernando P.; Moreira, Alexandre C.

    Abstract in Portuguese:

    Considerando a crescente utilização de técnicas de processamento digital de sinais em aplicações de sistemas eletrônicos e ou de potência, este artigo discute o uso da Transformada Discreta de Fourier Recursiva (TDFR) para identificação do ângulo de fase, da freqüência e da amplitude das tensões fundamentais da rede, independente de distorções na forma de onda ou de transitórios na amplitude. Será discutido que, se a freqüência fundamental das tensões medidas coincide com a freqüência a qual a TDF foi projetada, um simples algoritmo TDFR é completamente capaz de fornecer as informações requeridas de fase, freqüência e amplitude. Dois algoritmos adicionais são propostos para garantir seu desempenho correto quando a freqüência difere do seu valor nominal: um deles para a correção do erro de fase do sinal de saída e outro para identificação da amplitude do componente fundamental. Além disto, destaca-se que através dos algoritmos propostos, independentemente do sinal de entrada, a identificação do componente fundamental pode ser realizada em, no máximo, 2 ciclos da rede. Uma análise dos resultados evidenciados pela TDFR foi desenvolvida através de simulações computacionais. Também serão apresentados resultados experimentais referentes ao sincronismo de um gerador síncrono com a rede elétrica, através dos sinais fornecidos pela TDFR.

    Abstract in English:

    Considering the increasing demand on digital processing techniques for power electronics and power systems application, this paper deals with the use of a Recursive Discrete Fourier Transform (RDFT) for phase angle, frequency and magnitude identification of the grid fundamental voltages, irrespective to waveform distortions, frequency or amplitude deviations. It will be discussed that if the fundamental frequency of the measured voltages exactly matches the frequency for which the DFT has been designed, an ordinary RDFT algorithm is completely able to provide the necessary information about phase, frequency and magnitude. Two additional algorithms have been proposed to ensure the correct performance if the frequency departs from its nominal value: one for phase correction and another for identification of the fundamental component magnitude. Moreover, it is important to point out that by means of the proposed algorithms, the fundamental component can be identified in less than 2 cicles, independently of the input voltage signal. The analysis of the RDFT has been performed by means of simulation results. In order to evaluate the behavior of the RDFT in a practical system, experimental results regarding to the synchronization of a small generator and the power grid will be presented.
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