Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 19, Issue: 4, Published: 2008
  • A distributed measurement system to estimate plant water content in agricultural fields based on wireless sensor networks

    Giacomin, João C.; Vasconcelos, Flávio H.; Silva, Elson J.

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é proposto um sistema distribuído de medição baseado em uma rede de sensores sem fios (RSSF) empregado na estimação do teor de água de vegetação em campos agrícolas. Uma RSSF instalada por todo o campo permite medir e mapear as variáveis de solo, de ar e de plantas e transmitir esses dados, através de pequenos rádios, até um computador central. O conteúdo de água é obtido pela medição da atenuação dos sinais (RF) de comunicação da rede, sem se utilizar qualquer sensor dedicado a esta finalidade. É apresentada a importância de se fazer medição distribuída para se estimar parâmetros de culturas agrícolas. Um modelo de propagação de ondas de rádio através da vegetação é utilizado como base para o desenvolvido do método de estimação do conteúdo de água da vegetação através da RSSF. Resultados experimentais confirmam a viabilidade da proposta.

    Abstract in English:

    This paper proposes a distributed measuring system based on wireless sensor networks (WSN) employed to estimate vegetation water content in agricultural fields. A WSN deployed along the whole field permits to measure and map soil, air and plant variables and transmit these data, by small radios, to a central computer. Water content is obtained by measuring the attenuation of the network communication signals (RF), without the use of any specific sensor. The need of distributed measurements to estimate agricultural crop parameters is pointed out. A mathematical model of radio wave propagation through vegetation is used to develop the method of estimating vegetation water content with a RSSF. Field tests confirmed the viability of the proposal.
  • Uma abordagem intervalar para a caracterização de intervalos de disparo em redes de Petri temporais Sistemas De Automação

    Lima, Evangivaldo A.; Lüders, Ricardo; Künzle, Luis Allan

    Abstract in Portuguese:

    As redes de Petri temporais são uma das extensões das redes de Petri convencionais para modelagem e análise de sistemas a eventos discretos temporizados. A cada transição da rede é associado um intervalo de tempo, o qual delimita o instante de disparo da transição. A análise das redes de Petri temporais tem sido feita por métodos enumerativos que relacionam todos os estados alcançáveis da rede. Neste artigo, usando recursos da álgebra intervalar e utilizando o conceito de classe de estados, é apresentada uma abordagem para resolver problemas relacionados à caracterização de intervalos de tempo de disparo em redes de Petri temporais. A partir de uma expressão algébrica, desenvolvida para cálculo de intervalos de tempo entre duas classes de estados consecutivas, obtém-se uma equação intervalar que possibilita o cálculo de intervalos de tempo entre duas classes de estados quaisquer. Assim, é possível calcular o intervalo de tempo para ocorrência de uma seqüência de eventos. Utilizando um método de redução da rede, a equação intervalar assume a forma matricial e, com isso, amplia a classe das redes de Petri temporais à qual a equação intervalar é aplicável. Por fim, uma aplicação explorando as potencialidades da equação intervalar no cálculo de medidas características de um sistema a eventos discretos temporizados é apresentada.

    Abstract in English:

    This paper deals with time Petri nets where a time interval is associated to each transition. Time Petri nets are widely used for modeling and analysis of real-time systems. Although there are several techniques for time Petri net analysis, this paper presents an interval analysis using a global time approach where an algebraic model is proposed for computing of intervals. For a particular class of time Petri nets, this model assumes an interval linear equation form which allows to compute intervals for a firing sequence as well as performance measures for timed systems. By using a redution method for time Petri nets this model assumes a matricial form that can be applied to a broad class of Time Petri nets. Furthermore, this approach is illustrated by computing basic performance metrics for a communication protocol.
  • An approach to avoid obstacles in mobile robot navigation: the tangential escape

    Ferreira, André; Pereira, Flávio Garcia; Vassallo, Raquel Frizera; Bastos Filho, Teodiano Freire; Sarcinelli Filho, Mário

    Abstract in English:

    An approach to guide a mobile robot from an initial position to a goal position avoiding any obstacle in its path, when navigating in a semi-structured environment, is proposed in this paper. Such an approach, hereinafter referred to as tangential escape, consists in changing the current robot orientation through a suitable combination of the values of the angular and linear velocities (the control actions) whenever an obstacle is detected close to it. Then, the robot starts navigating in parallel to the tangent to the obstacle, regarding the point of the obstacle boundary the robot sensing system identifies as the closest one. The stability of the control system designed according this approach is proven, showing that the robot reaches any reachable goal, with or without a prescribed final orientation. Such a control system is programmed onboard a mobile platform whose sensing system is a laser scanner which provides 181 range measurements, for experimental validation. The results obtained are presented and discussed, allowing concluding that the tangential escape approach is able to guide the robot along trajectories that result in a reduction of the traveling time, thus saving batteries and reducing the motor wearing.
  • A fault detection and isolation system for cooperative manipulators

    Tinós, Renato; Terra, Marco Henrique

    Abstract in English:

    The problem of fault detection and isolation (FDI) in cooperative manipulators is addressed in this paper. Four FDI procedures are developed to deal with free-swinging joint faults, locked joint faults, incorrectly measured joint position, and incorrectly measured joint velocity. Free-swinging and locked joint faults are isolated via neural networks. For each arm, a Multilayer Perceptron (MLP) is used to reproduce the dynamics of the fault-free robot. The outputs of each MLP are compared to the actual joint velocities in order to generate a residual vector which is then classified by an RBF network. The remaining faults are isolated based on the kinematic constraints imposed on the cooperative system. Results obtained via simulations and via an actual cooperative manipulator robot are presented.
  • Nonlinear predictive control of an industrial slurry reactor

    Fontes, C. H.; Mendes, M. J.

    Abstract in Portuguese:

    Uma estratégia de controle preditivo não linear é aplicada a um reator tanque agitado de polimerização em lama para a produção de polietileno de alta densidade. O desempenho do controle é analisado no sentido de se obter o peso molecular médio numérico, composição de comonômero e temperatura desejados. Um modelo fenomenológico completo considerando as micro, meso e macro escalas de modelagem foi desenvolvido para representar a planta. O algoritmo de controle compreende um modelo interno baseado em redes neurais com topologia "feedforward". A implementação do algoritmo contempla o problema de otimização, as variáveis manipuladas e controladas adotadas e são apresentados resultados para os casos de problema servo e regulatório, incluindo-se a possibilidade de tempos mortos e múltiplas taxas de amostragem nas variáveis controladas. Os resultados de simulação mostram o bom desempenho do algoritmo NMPC baseado em um modelo neural treinado para a predição da variável de saída apenas um instante de tempo a frente e, ao mesmo tempo, atestam a dificuldade de controlar diretamente as propriedades do polímero com a ocorrência de tempo morto na medição.

    Abstract in English:

    A nonlinear model predictive control (NMPC) is applied to a slurry polymerization stirred tank reactor for the production of high-density polyethylene. Its performance is examined to reach the required mean molecular weight and comonomer composition, together with the temperature setpoint. A complete phenomenological model including the microscale, the mesoscale and the macroscale levels was developed to represent the plant. The control algorithm comprises a neural dynamic model that uses a neural network structure with a feedforward topology. The algorithm implementation considers the optimization problem, the manipulated and controlled variables adopted and presents results for the regulatory and servo problems, including the possibility of dead time and multi-rate sampling in the controlled variables. The simulation results show the high performance of the NMPC algorithm based in a model for one-step ahead prediction only, and, at the same time, attests the strong difficulty to control polymer properties with dead time in their measurements.
  • Controle de sistemas lineares com comutação Sistemas De Controle

    Deaecto, Grace S.; Geromel, José C.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho tem como objetivo o estudo de estabilidade de sistemas lineares com comutação sujeitos à perturbações impulsivas tendo em vista o projeto de controle via realimentação de estado com comutação. As condições obtidas são baseadas nas desigualdades de Lyapunov-Metzler, que asseguram a estabilidade mesmo quando o sistema evoluir sobre um modo deslizante. Estas desigualdades permitem levar em conta um custo garantido de desempenho. De forma a analisar a qualidade do resultado, um limitante inferior para o custo verdadeiro é determinado. A teoria desenvolvida é aplicada em um problema de controle H2 multiobjetivo com critérios possivelmente conflitantes. É mostrado que, neste contexto, o uso de controle com comutação fornece resultados melhores quando comparados com outros métodos encontrados na literatura. Exemplos acadêmicos são usados para ilustração.

    Abstract in English:

    This work aims at studying the stability of switched linear systems with impulsive disturbances and at designing a state feedback switched control. The conditions are based on Lyapunov-Metzler inequalities, which assure that stability is preserved even if the system evolves on a sliding mode. A slight modification of these inequalities is introduced to cope with a guaranteed cost performance. In order to analyze the quality of the proposed solution, a lower bound for the actual cost is calculated. The theoretical results are applied to a multiobjective H2 control design problem with a number of possibly conflicting criteria. It is shown that the use of switched linear systems theory in multiobjective H2 control problems provides better results than others methods available in the literature. Academic examples are used for illustration.
  • Simple answers to usual questions about unusual forms of the Evans' root locus plot

    Monteiro, L.H.A.; Da Cruz, J.J.

    Abstract in Portuguese:

    Após um primeiro contato com gráficos de Evans de lugar das raízes, num curso introdutório sobre teoria de controle clássico, os estudantes normalmente fazem perguntas para as quais as respostas não são encontradas trivialmente nos livros-textos usuais. Exemplos de tais questões são: Um ramo pode se auto-interseccionar? Dois ou mais ramos podem ser coincidentes? Um ramo pode interseccionar sua assíntota? Neste artigo com fins didáticos, usam-se exemplos numéricos e uma propriedade incremental para responder algumas questões sobre formas incomuns de lugar das raízes relacionadas a sistemas de controle em malha fechada. Em alguns casos, responder a essas questões pode ser fundamental para fazer um esboç o correto de um lugar das raízes.

    Abstract in English:

    After a first contact with Evans' root locus plots, in an introductory course about classical control theory, students usually pose questions for which the answers are not trivially found in the usual textbooks. Examples of such questions are: Can a branch intersect itself? Can two or more branches be coincident? Can a branch intersect its asymptote? In this paper devoted to helping teaching, numerical examples and an incremental property are used for answering some questions about unusual forms of root loci related to closed-loop control systems. In some cases, answering to these questions can be fundamental for making a correct sketch of a root locus.
  • Análise comparativa de desempenho de memórias associativas em redes neurais celulares Sistemas Inteligentes

    Corrêa, Leonardo Garcia; Delbem, Alexandre C B; Zhao, Liang

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma comparação de desempenho de vários métodos para o projeto de memórias associativas com Redes Neurais Celulares (RNCs). Embora tenha ocorrido um interesse crescente em tal tipo de aplicação de RNCs, não há uma comparação compreensível do desempenho entre os métodos propostos na literatura. Neste artigo, métodos existentes para projeto são revisados e o desempenho deles é medido por simulações numéricas. O teste T de Student é então utilizado para comparar os resultados obtidos.

    Abstract in English:

    This paper presents a performance comparison of various methods for associative memory design in Cellular Neural Networks (CNNs). Even though there have been an increasing interest in such kind of application for CNNs, there is no comprehensive comparison of the performance among the proposed methods in the literature. In this paper, existing design methods are reviewed and their corresponding performances are measured in numerical simulations. The T -Student test is then employed in order to compare the results obtained.
  • Dynamic analysis of the input-controlled buck converter fed by a photovoltaic array

    Villalva, Marcelo Gradella; Ruppert Filho, Ernesto

    Abstract in Portuguese:

    O controle da tensão de entrada de conversores DC-DC é freqüentemente necessário em aplicações com energia fotovoltaica. Nesta situação especial, diferentemente do que ocorre com conversores convencionais, a tensão de saída é constante e a tensão de entrada é variável. Este artigo versa sobre a análise e o controle do conversor buck com tensão de saída constante e tensão de entrada variável.

    Abstract in English:

    The control of the input voltage of DC-DC converters is frequently required in photovoltaic applications. In this special situation, unlike conventional converters, the output voltage is constant and the input voltage is controlled. This paper deals with the analysis and the control of the buck converter with constant output voltage and variable input.
  • Impacto de métodos de sincronismo no desmpenho de geradores de indução auto-excitados Eletrônica De Potência

    Rech, Cassiano; Camargo, Robinson F. de; Campos, Maurício de; Salvadori, Fabiano; Leandro, Gideon V.; Bolacell, Julio C. O.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo analisa sistemas de controle digital, sem sensores mecânicos, usados para regular as tensões de saída de um gerador de indução com rotor gaiola de esquilo. Diferentes métodos de sincronismo são avaliados e seus desempenhos são comparados sob condições de carga distintas, incluindo cargas desequilibradas e não lineares. Resultados de simulação e experimentais são obtidos para demonstrar o impacto de sistemas de controle digitais distintos na distorção e no fator de desbalanço das tensões de saída.

    Abstract in English:

    This paper analyzes digital sensorless control systems used to regulate the output voltages of a self-excited squirrel-cage induction generator. Different mechanical sensorless synchronization methods are evaluated and their performances are compared under several load conditions, including unbalanced and nonlinear loads. Simulation and experimental results are included to demonstrate the impact of distinct digital control systems on the output voltages distortion and the unbalance factor.
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