• Desenvolvimento e modelagem de transdutor fotoelétrico destinado a máquinas cortadeiras para embalagens flexíveis Automação Industrial

    Colaneri, Décio; Garcia, Claudio

    Abstract in Portuguese:

    Atualmente há um emprego abundante de embalagens flexíveis nos produtos comercializados no varejo: biscoitos, chocolates, balas etc. A impressão dessas embalagens normalmente é feita em folhas, cuja largura é da ordem de 1 m e que, ao longo de sua largura, podem conter diversas embalagens individuais. Essas embalagens são fornecidas à empresa embaladora na forma de bobinas, as quais devem então ser seccionadas longitudinalmente, para separar as tiras que as compõem. Apresentam-se aqui o projeto e o desenvolvimento de um transdutor fotoelétrico, incumbido de auxiliar no corte longitudinal das embalagens flexíveis. Trata-se do desenvolvimento de um produto de concepção totalmente inovadora, pela não utilização de componentes clássicos de geometria óptica (lentes, prismas e filtros), caracterizado pela simplicidade construtiva, baixo custo e alto desempenho. Analisam-se e comparam-se diversas tecnologias de sensores ópticos e define-se o sensor fotoelétrico como sendo a melhor opção para esta aplicação, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico, sendo então descritas características técnicas desse sensor. É feita ainda a montagem de um transdutor fotoelétrico com o sensor selecionado e a modelagem matemática do mesmo. Os testes realizados mostraram que o transdutor desenvolvido está plenamente apto a operar em máquinas cortadeiras-rebobinadeiras de última geração, cuja velocidade pode atingir 800 m/min.

    Abstract in English:

    Flexible packaging has been widely employed in retail products such as biscuits, chocolates, candies etc. The packaging is normally printed on sheets around 1 m wide, which can have several packages printed side by side, covering all its width. This packaging is supplied to the packaging company in individual spools and parted longitudinally, to separate the strips that compose them. The project and the development of a photoelectric transducer to help the longitudinal cut of the flexible packaging are here presented. This paper reports the development of a product with a totally innovative concept, which does not use classic components of optical geometry (lenses, prisms and filters), characterized by constructive simplicity, low cost and high performance. Different technologies of optical sensors are analyzed and compared; then, the photoelectric sensor is defined as the best option for this application, not only from the technical point of view, but also from the economical one. Next, the technical characteristics of this sensor are described. Finally, the assembly of a photoelectric transducer with the selected sensor and its mathematical modeling is performed. The tests show that the developed transducer is fully able to operate in slitter-rewinder machines of last generation, whose speed can reach 800 m/min.
  • Métodos de variável instrumental fuzzy para identificação de sistemas Identificação de Sistemas

    Serra, Ginalber L.O.; Bottura, Celso P.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma proposta teórica de métodos de variável instrumental fuzzy para identificação de sistemas não-lineares no tempo discreto e estimação paramétrica em ambientes ruidosos a partir do conceito de variável instrumental fuzzy. A análise teórica é apresentada a partir de uma formulação adequada associada ao modelo fuzzy Takagi-Sugeno. A complexidade do algoritmo é baixa e as propriedades estatísticas mostram que o erro assintótico das estimações paramétricas tende a zero quando o conjunto de dados aumenta.

    Abstract in English:

    This paper presents a theoretical proposal of fuzzy instrumental variable (FIV) methods for nonlinear discrete time systems identification and parameter estimation in noisy environment based on the fuzzy instrumental variable concept. The theoretical analysis is presented using a suitable formulation associated to Takagi-Sugeno (TS) fuzzy model. The complexity of the algorithm is quite low and the statistical properties show that the assintotic error of the parameter estimates go to zero as the data series length increases.
  • Sobre projeto de observadores desacoplados de perturbação para sistemas descritores Identificação de Sistemas

    Silva, Vilemar G. da; Castelan, Eugênio B.; Tarbouriech, Sophie; Garcia, Germain

    Abstract in Portuguese:

    Condições necessárias e suficientes para a existência de observadores de ordem reduzida desacoplados de perturbação para sistemas descritores lineares contínuos são apresentadas. Essas condições são baseadas na solução de uma equação de Sylvester generalizada, sob uma restrição que descreve o desacoplamento de perturbação do estado estimado e numa condição de posto que garante a existência de matrizes para a reconstrução de todas as variáveis de estado, também com desacoplamento de perturbação. Mostra-se que as condições para a existência do observador desejado estão associadas, fundamentalmente, a certas propriedades estruturais do sistema descritor. A partir destes resultados, propõe-se um algoritmo de projeto baseado em técnica de posicionamento de autoestrutura. Os resultados apresentados destinam-se, fundamentalmente, à aplicação em síntese de leis de controle do tipo realimentação de estados estimados. Um exemplo numérico ilustrativo do procedimento de projeto é apresentado.

    Abstract in English:

    Necessary and sufficient conditions for the existence and design of disturbance decoupled reduced-order observers for continuous linear descriptor systems are presented. The observer existence conditions are based on the solution of a generalized Sylvester's equation, under a constraint that describes the disturbance decoupling of the estimated state, and on a rank condition that guarantees the existence of matrices for the reconstruction of all state variables, also with disturbance decoupling. Basically, the design conditions of the desired observer are associated to some structural properties of the descriptor system. From these results, we propose an observer design algorithm that is based on eigenstructure assignment technique. The presented results are useful when an estimated state feedback control law is considered. An illustrative numerical example is reported.
  • Estabilidade robusta de sistemas neutrais com atrasos variantes no tempo Sistemas de Controle

    Leite, Valter Júnior de Souza; Peres, Pedro Luis Dias; Castelan, Eugênio B.; Tarbouriech, Sophie

    Abstract in Portuguese:

    Condições suficientes na forma de desigualdades matriciais lineares são dadas para a análise de estabilidade robusta de sistemas lineares incertos do tipo neutral, nos quais assume-se que o vetor de estados possui atrasos variantes no tempo. Todas as matrizes do sistema são supostas invariantes no tempo, incertas porém pertencentes a um politopo cujos vértices são conhecidos. A estabilidade robusta do sistema incerto neutral é assegurada por meio de um funcional de Lyapunov-Krasovskii dependente de parâmetro. Além disso, mostra-se como condições para a estabilidade robusta de sistemas incertos contínuos no tempo com e sem atraso nos estados podem ser recuperadas a partir das condições propostas no trabalho. Exemplos numéricos ilustram os resultados obtidos.

    Abstract in English:

    Sufficient linear matrix inequality conditions are given for robust stability analysis of linear uncertain neutral systems, where it is assumed that the vector of states has time-varying delays. All system matrices are supposed to be time invariant, uncertain but belonging to a polytope with known vertices. The robust stability of the uncertain neutral system is assured by means of a parameter dependent Lyapunov-Krasovskii functional. Additionally, it is shown how robust stability conditions for uncertain continuous-time systems with and without state delays can be recovered from the conditions proposed in the paper. Numerical examples illustrate the obtained results.
  • Condições LMI do teorema do ganho pequeno escalonado para análise de estabilidade de sistemas incertos com atraso Sistemas de Controle

    Valmórbida, Giórgio; Leite, Valter Júnior de Souza; Peres, Pedro Luis Dias

    Abstract in Portuguese:

    A equivalência entre resultados para análise de estabilidade baseados no método de Lyapunov de sistemas com atraso precisamente conhecidos e resultados de estabilidade robusta de sistemas de comparação sem atraso, empregando condições do teorema do ganho pequeno escalonado, foi apresentada recentemente na literatura. A extensão desses resultados para tratar sistemas com atraso e incerteza em domínios politópicos é a principal contribuição deste artigo. A partir da definição de uma realização genérica para um sistema, são apresentadas desigualdades matriciais lineares com variáveis extras, equivalentes a condições de ganho pequeno escalonadas. Devido à inserção dessas variáveis extras, condições independentes e dependentes do atraso para análise de estabilidade de sistemas com atraso em domínios politópicos podem ser elaboradas empregando matrizes de Lyapunov dependentes de parâmetro, resultando em condições menos conservadoras que outras já apresentadas na literatura, como ilustrado por exemplos numéricos.

    Abstract in English:

    Recently, it has been shown that some Lyapunov-based stability conditions for precisely known time-delay systems are equivalent to the robust stability of a delay-free comparison system through the small gain theorem with constant scales. The extension of those previous results to cope with uncertain time-delay systems in polytopic domains is the main contribution of this paper. From the definition of a generic system realization, linear matrix inequalities that are equivalent to the scaled small gain conditions but have extra matrix variables are given. Thanks to these extra matrices, delay-independent and delay-dependent stability conditions can be obtained for the analysis of time-delay systems in polytopic domains through parameter-dependent Lyapunov matrices, yielding conditions that are less conservative than others in the literature, as illustrated by means of numerical examples.
  • Feedforward ins aiding: an investigation of maneuvers for in-flight alignment

    Waldmann, Jacques

    Abstract in Portuguese:

    Navegação em veículos autônomos requer a integração de medidas de sensores inerciais embarcados e informação externa adicional coletada por vários sensores. Neste artigo, o modelo de erro de velocidade representado no sistema de coordenadas computado é aumentado com um modelo de constante aleatória para descrever o erro de zero dos acelerômetros e girômetros. Essa modelagem visa à fusão de um sistema girante de navegação inercial de baixo custo com medidas externas de posição e velocidade empregando o filtro de Kalman. É investigado o impacto do erro de modelo e das manobras na estimação do desalinhamento e dos erros da unidade de medidas inerciais. Este trabalho simula os três canais de um sistema inercial de navegação, sem amortecimento vertical e dotado de unidade de medidas inerciais girante em relação ao veículo. A rotação da unidade de medidas inerciais não requer o mecanismo sofisticado típico de uma plataforma estabilizada mecanicamente, além de dispensar manobras que podem levar o veículo a se afastar da trajetória desejada e que são usualmente empregadas no alinhamento em vôo de plataformas solidárias ao corpo do veículo. Em comparação com a plataforma estabilizada mecanicamente e estacionária em local conhecido, a rotação da unidade de medidas inerciais melhora a estimação dos erros de zero dos acelerômetros e parcialmente melhora a estimação dos erros de zero dos girômetros e do desalinhamento. Finalmente, a combinação de rotação da unidade de medidas inerciais com segmentos distintos de aceleração produz observabilidade completa, resultando assim em melhoria significativa nas estimativas dos erros de zero dos girômetros e do desalinhamento.

    Abstract in English:

    Navigation in autonomous vehicles involves integrating measurements from on-board inertial sensors and external data collected by various sensors. In this paper, the computer-frame velocity error model is augmented with a random constant model of accelerometer bias and rate-gyro drift for use in a Kalman filter-based fusion of a low-cost rotating inertial navigation system (INS) with external position and velocity measurements. The impact of model mismatch and maneuvers on the estimation of misalignment and inertial measurement unit (IMU) error is investigated. Previously, the literature focused on analyzing the stripped observability matrix that results from applying piece-wise constant acceleration segments to a stabilized, gimbaled INS to determine the accuracy of misalignment, accelerometer bias, and rate-gyro drift estimation. However, its validation via covariance analysis neglected model mismatch. Here, a vertically undamped, three channel INS with a rotating IMU with respect to the host vehicle is simulated. Such IMU rotation does not require the accurate mechanism of a gimbaled INS (GINS) and obviates the need to maneuver away from the desired trajectory during in-flight alignment (IFA) with a strapdown IMU. In comparison with a stationary GINS at a known location, IMU rotation enhances estimation of accelerometer bias, and partially improves estimation of rate-gyro drift and misalignment. Finally, combining IMU rotation with distinct acceleration segments yields full observability, thus significantly enhancing estimation of rate-gyro drift and misalignment.
  • Control system design for a gas turbine engine using evolutionary computing for multidisciplinary optimization

    Silva, Valceres V. R. e; Khatib, Wael; Fleming, Peter J.

    Abstract in English:

    Multidisciplinary optimization (MDO) is concerned with complex systems exhibiting challenges in terms of organization and scale. Thus, it is well suited to be applied to complex multivariable control design. Collaborative optimization is one approach for dealing with complex multidisciplinary optimization problems. Three MDO architectures, including collaborative optimization, are applied to control system design for a gas turbine engine, in order to improve the design search process by exploring possible solutions with parallel, but independent search strands. The optimization is carried out through a multiobjective genetic algorithm framework.
  • Controle nebuloso adaptativo por modelo de referência: projeto e aplicação em sistemas não lineares Sistemas Inteligentes

    Callai, Tomas Copetti; Coelho, Leandro dos Santos; Coelho, Antonio Augusto Rodrigues

    Abstract in Portuguese:

    A contribuição principal deste artigo é investigar diferentes esquemas de adaptação por modelo de referência para melhorar o desempenho de um controlador nebuloso. As abordagens de controle nebuloso adaptativo são: i) controle nebuloso com modelo interno nebuloso; ii) controle nebuloso com compensação nebulosa; e iii) controle proporcional e integral com adaptação nebulosa. Os resultados de simulação e experimentais mostram o desempenho de cada algoritmo de controle nebuloso adaptativo em processos não-lineares.

    Abstract in English:

    The main contribution of this paper is the investigation of different model reference adaptation schemes for improving the performance of fuzzy logic control. Adaptive fuzzy control strategies are based on: i) fuzzy control with fuzzy internal model; ii) fuzzy control with fuzzy compensation; and iii) proportional and integral control with fuzzy adaptation. Numerical and experimental results are shown in order to assess the performance of each adaptive fuzzy control algorithm in nonlinear processes.
  • Distribution transformers modeling with angular displacement: actual values and per unit analysis

    R., Dario E. Rodas; Padilha-Feltrin, Antonio; Ochoa, Luis F.

    Abstract in English:

    In this work a detailed modeling of three-phase distribution transformers aimed at complementing well-known approaches is presented. Thus, incidence of angular displacement and tapping is taken into account in the proposed models, considering both actual values and per unit. The analysis is based on minimal data requirement: solely short-circuit admittance is needed since three-phase transformers are treated as non-magnetically-coupled single-phase transformers. In order to support the proposed methodology, results obtained through laboratory tests are presented.
  • Solução do problema de superação de disjuntores pela alocação ótima de dispositivos limitadores de corrente de curto-circuito utilizando algoritmos genéticos Sistemas de Potência

    Ferreira, Clarissa S.; Borges, Carmen L.T.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma metodologia para auxiliar nos estudos de limitação de correntes de curto-circuito em sistemas elétricos com problemas de superação de disjuntores, através da alocação ótima de dispositivos limitadores. O problema de otimização é solucionado aplicando-se Algoritmos Genéticos e levando em consideração os requisitos de custo mínimo, alocação de um número mínimo de dispositivos e a máxima redução da corrente de curto-circuito. A detecção da superação do disjuntor é feita pela análise tanto da corrente de curto-circuito que o disjuntor deve interromper como também da relação X/R do sistema. O modelo computacional desenvolvido utiliza de modo integrado o programa ANAFAS do CEPEL, mantendo a compatibilidade com as bases de dados utilizadas em estudos de curto-circuito no setor elétrico brasileiro. Os resultados obtidos com o sistema IEEE14 e com um sistema real brasileiro de grande porte comprovam a robustez do modelo, apresentando soluções que satisfazem às restrições com custo de investimento reduzido para todos os cenários analisados.

    Abstract in English:

    This paper presents a methodology for helping in short-circuit limiting studies via the indication of the optimal allocation of fault current limiters in systems where the breaker interruption capability is exceeded. The methodology is modeled as an optimization problem using Genetic Algorithms, taking into consideration the objectives of minimum cost, minimum number of allocated fault current limiters and maximum reduction of the short-circuit level at the system buses. The computational tool developed uses the ANAFAS program to calculate the short-circuit current in order to keep the compatibility with the data base used in short-circuit studies in the Brazilian electricity sector. The methodology has been tested using the IEEE14 system and an actual Brazilian system. The results have confirmed the robustness of the methodology in finding solutions that satisfy the constraints with reduced investments cost for all the analyzed scenarios.
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