Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 20, Issue: 1, Published: 2009
  • Modelagem e simulação distribuída de sistema produtivo baseados em rede de Petri Informática Industrial

    Junqueira, Fabrício; Miyagi, Paulo Eigi

    Abstract in Portuguese:

    Em função da capacidade computacional instalada e da estrutura dispersa de alguns sistemas produtivos, existe interesse em soluções de modelagem e simulação distribuída destes sistemas. Isso é considerado como um recurso fundamental para o projeto, implementação e melhoria de desempenho desses sistemas produtivos. A idéia é que por meio de simulações com o uso de computadores fisicamente dispersos, mas integrados através de uma rede de comunicação, pode-se avaliar o comportamento de sistemas em concepção e melhorar resultados de plantas existentes. Este trabalho propõe assim, um procedimento para a modelagem de sistemas produtivos em ambientes distribuídos. Esse procedimento foi aplicado com sucesso a alguns estudos de caso onde sua eficácia foi confirmada. Este trabalho envolve ainda a proposta de um algoritmo para o gerenciamento da simulação distribuída. Com o método de modelagem e o algoritmo de gerenciamento tem-se os principais elementos para a implementação prática de um simulador de sistemas produtivos dispersos.

    Abstract in English:

    Based on the existing computational capability and disperse infrastructure of some productive systems, there are interest for distributed modeling and simulation of these systems. These techniques are considered fundamental for design, implementation and performance improvement of productive systems. The approach is the simulation through the use of computers physically dispersed but integrated via a communication network to evaluate the behavior of systems still in conception level and also to improve the performance of existing plants. This work proposes a procedure for modeling of productive systems in distributed environment. This procedure was applied to case studies to confirm it effectiveness. The work includes an algorithm for the management of the distributed simulation. With the modeling method and the management algorithm we have the main elements for the practical implementation of the disperse productive system simulator.
  • Arquitetura multiprocessada e reconfigurável para a síntese de redes de Petri em hardware Informática Industrial

    Oliveira, Tiago de; Marranghello, Norian

    Abstract in Portuguese:

    Uma arquitetura reconfigurável e multiprocessada para a implementação física de Redes de Petri foi desenvolvida em VHDL e mapeada sobre um FPGA. Convencionalmente, as Redes de Petri são transformadas em uma linguagem de descrição de hardware no nível de transferências entre registradores e um processo de síntese de alto nível é utilizado para gerar as funções booleanas e tabelas de transição de estado para que se possa, finalmente, mapeá-las num FPGA (Morris et al., 2000) (Soto and Pereira, 2001). A arquitetura proposta possui blocos lógicos reconfiguráveis desenvolvidos exclusivamente para a implementação dos lugares e das transições da rede, não sendo necessária a descrição da rede em níveis de abstração intermediários e nem a utilização de um processo de síntese para realizar o mapeamento da rede na arquitetura. A arquitetura permite o mapeamento de modelos de Redes de Petri com diferenciação entre as marcas e associação de tempo no disparo das transições, sendo composta por um arranjo de processadores reconfiguráveis, cada um dos quais representando o comportamento de uma transição da Rede de Petri a ser mapeada e por um sistema de comunicação, implementado por um conjunto de roteadores que são capazes de enviar pacotes de dados de um processador reconfigurável a outro. A arquitetura proposta foi validada num FPGA de 10.570 elementos lógicos com uma topologia que permitiu a implementação de Redes de Petri de até 9 transições e 36 lugares, atingindo uma latência de 15,4ns e uma vazão de até 17,12GB/s com uma freqüência de operação de 64,58MHz.

    Abstract in English:

    A multiprocessed reconfigurable architecture aimed at physical implementation of Petri Nets has been developed in VHDL, and mapped onto an FPGA. Conventionally, Petri nets are described with a hardware description language at the register transfer level, and a high level synthesis process is used to generate the boolean functions and the state transition tables needed to map them onto an FPGA (Morris et al., 2000) (Soto and Pereira, 2001). The proposed architecture has reconfigurable logic blocks especially developed for the implementation of the places and transitions of the Petri net, so, neither it is necessary to translate the Petri net model to obtain descriptions at intermediate abstraction levels, nor a synthesis process to map the net onto the architecture is in order. Petri net models that can tell tokens apart as well as Petri nets with timed transitions can be implemented. The architecture comprises a reconfigurable array of processors, and a dynamic communication system connecting the processors of the array. Each processor of the array represents the behavior of a Petri net transition, and the communication system has a number of routers to direct data packets among the processors. The proposed architecture was validated on a 10,570 logic elements FPGA with Petri Nets of up to 9 transitions and 36 places, achieving 15.4ns latency and 17.12GB/s throughput with 64.58MHz clock frequency.
  • Integração de uma descrição de dispositivos aberta e não-proprietária em sistemas fieldbus reais e simulados Informática Industrial

    Pantoni, Rodrigo Palucci; Brandão, Dennis

    Abstract in Portuguese:

    Os sistemas de automação industrial contam com a definição de arquiteturas abertas padronizadas, a maioria delas utilizando tecnologias proprietárias. Em sistemas fieldbus, a tecnologia normatizada que provê a descrição das características dos dispositivos para o software configurador (IHM - Interface Homem Máquina) é de natureza proprietária e de alto custo, chamada de EDD (Electronic Device Description). Alternativamente, a Open-EDD (Open Electronic Device Description) é uma tecnologia aberta e não-proprietária baseada em padrões de software. Este trabalho descreve a utilização e validação da Open-EDD em duas diferentes aplicações: num sistema fieldbus real e num ambiente fieldbus simulado. Os resultados validam a técnica e indicam que esta pode ser aplicada a demais sistemas de automação.

    Abstract in English:

    Industrial automation systems are based on open standard architectures definitions, in most cases proprietary technologies. In fieldbuses, the standard technology that describes the devices characteristics to the configuration software (HMI) - human machine interface, is proprietary and has high cost, named EDD (Electronic Device Description). Alternatively, the Open-EDD (Open Electronic Device Description) is an open and non-proprietary technology based on software standards. This paper describes the usage and validation of Open-EDD in two different applications: a real fieldbus system and a fieldbus simulation environment. The results validate the proposed technology and indicate that this can be applied to general fieldbus systems.
  • A runtime stability analysis of clock synchronization precision on a time-triggered bus prototype

    Carvalho, Fabiano C.; Pereira, Carlos E.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma análise de estabilidade do algoritmo de sincronização de relógios Daisy-Chain sendo executado sobre a plataforma CASA - um sistema de comunicação baseado no CAN bus. O objetivo é mostrar como estabelecer e manter uma base de tempo global de alta precisão. Mais ainda, o trabalho mostra a partir de resultados práticos como esta precisão é afetada pela modificação do padrão de comunicação TDMA. Pretende-se que este trabalho possa contribuir para o projeto de sistemas distribuidos baseados em uma arquitetura de comunicação do tipo time-triggered.

    Abstract in English:

    This paper provides a runtime stability analysis of the Daisy-Chain clock synchronization algorithm running over CASCA - a time-triggered extension of CAN bus. The main objective is to show with practical results how to achieve global time base of high precision and how this precision is affected by the modification of the TDMA transmission schedule. That contributes by providing some basic guidelines for the task of designing time-triggered, TDMA-based distributed systems for embedded control applications.
  • Sistema automático de detecção e classificação de distúrbios elétricos em qualidade da energia elétrica Sistemas Elétricos De Potência

    Ferreira, Danton Diego; Marques, Cristiano Augusto Gomes; Cerqueira, Augusto Santiago; Duque, Carlos Augusto; Ribeiro, Moisés Vidal

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um sistema de detecção e classificação de distúrbios de qualidade da energia elétrica (QEE) que se baseia na decomposição do sinal de tensão em dois novos sinais, referentes à componente fundamental e ao sinal de erro e, em seguida, utiliza Estatísticas de Ordem Superior (EOS) para extrair parâmetros representativos de cada classe para simplificar o algoritmo de detecção e classificação. Como detector é utilizado um algoritmo baseado na teoria de Bayes e para implementar o algoritmo de classificação utilizou-se uma rede neural artificial. O sistema foi testado em simulações para seis classes de distúrbios, apresentando uma eficiência global próxima a 100% para tais distúrbios. Os resultados aqui apresentados são comparados com os resultados de outros sistemas propostos na literatura.

    Abstract in English:

    This contribution outlines signal processing-based algorithms for the detection and classification of voltage disturbances in power system. Basically filtering technique is applied to decompose the voltage signal into two primitive components which are named fundamental and error ones, then higher-order statistics (HOS)-based feature are selected and applied to detect and classify disturbances. Bayes- and Neural Network-based techniques are designed for the detection and classification respectively. The system was simulated considering six classes of disturbances, achieving a global efficiency about 100% to such disturbances. The performance of the method is compared with other methods presented in the literature.
  • Power system reactive compensation: evaluation of expansion plans taking into account electromagnetic transient restrictions

    Chaves, Fabrício Silveira; Vale, Maria Helena Murta

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo, os autores apresentam seus desenvolvimentos atuais sobre Compensação Reativa Shunt Capacitiva e Controle de Tensão, no contexto do Planejamento da Expansão, considerando estudos de transitórios eletromagnéticos. O montante e localização da compensação reativa a ser instalada na rede elétrica é definido considerando muitos aspectos como otimização da potência reativa, cálculos de curto-circuito, estabilidade de tensão, análises de harmônicos, entre outros. Diferentes alternativas devem ser avaliadas, considerando seus impactos (positivos e negativos) no comportamento do sistema, a fim de selecionar a compensação mais adequada. O processo de decisão da expansão normalmente não inclui estudos sobre o impacto dos transitórios eletromagnéticos causados pelo chaveamento da compensação reativa shunt. Tradicionalmente, isto é feito somente depois da definição do plano de expansão, ao se elaborar o projeto detalhado - fase em que se especificam os equipamentos a serem utilizados. Neste artigo, é proposto um procedimento novo que inclui uma avaliação técnica de diferentes compensações shunt baseado numa verificação prévia dos valores de sobretensão e sobrecorrente causados pelo chaveamento de bancos de capacitores. A nova metodologia é dividida em dois principais passos: (i) indicar as barras críticas do sistema que devem ser investigadas detalhadamente, considerando o comportamento transitório; e (ii) escolher a compensação shunt mais adequada. O procedimento proposto é explicado com detalhes e são apresentados os resultados de sua aplicação em um sistema real.

    Abstract in English:

    In this paper, the authors present developments regarding Power System Capacitive Shunt Reactive Compensation and Voltage Control, with respect to Expansion Activities, in an Electromagnetic Transient context. The definition of the amount and location of shunt reactive compensation to be installed in power systems considers several aspects, as reactive power optimization, short circuit calculations, voltage stability and harmonic analyses, among others. Different alternatives must be evaluated, regarding their impact (positive and negative) to system behavior, in order to select the most adequate compensation. Expansion decision process usually does not include studies about the transient impact of reactive shunt compensation caused by switching operation. Traditionally, this is done only after expansion definition, when the detailed project is elaborated, mainly to prepare equipment specifications. In this paper, it is proposed an innovative procedure to include a technical evaluation of different shunt compensation based on a preview of the overvoltage and overcurrent values caused by the corresponding capacitors bank switching. The new methodology is designed to (i) indicate the critical system buses that must be carefully investigated, considering transient behavior, and (ii) promote the adequate shunt compensation adjust. The proposed procedure is detailed and results of its application in real systems are presented.
  • Controlador em modo dual adaptativo robusto para plantas com grau relativo arbitrário Sistemas De Controle

    Cunha, Caio D.; Araújo, Aldayr D.; Mota, Francisco C.

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é apresentado o Controlador em Modo Dual Adaptativo Robusto (DMARC). O DMARC é um sistema de controle que combina as estratégias de Controle Adaptativo por Modelo de Referência (MRAC) com leis integrais de adaptação e o Controle Adaptativo por Modelo de Referência e Estrutura Variável (VS-MRAC) com leis chaveadas de acordo com a teoria de sistemas com estrutura variável. A idéia básica é incorporar as vantagens de desempenho transitório de um VS-MRAC, com as propriedades de regime permanente de um MRAC convencional. Desta forma, obtém-se um sistema de controle robusto a incertezas paramétricas e perturbações externas, com desempenho rápido e pouco oscilatório durante o transitório e um sinal de controle suave em regime permanente.

    Abstract in English:

    In this paper the Dual-Mode Adaptive Robust Controller (DMARC) is presented. The DMARC is a control strategy which interpolates the Model Reference Adaptive Control (MRAC) and the Variable Structure Model Reference Adaptive Control ( VS-MRAC). The main idea is to develop a robust controller to parametric uncertainties and external disturbances with good transient characteristics (fast response and small oscillations) as in a VS-MRAC and good steady-state characteristics (smooth control signal) as in a conventional MRAC.
  • Realimentação da derivada dos estados em sistemas multivariáveis lineares usando LMIs Sistemas De Controle

    Faria, Flávio Andrade; Assunção, Edvaldo; Teixeira, Marcelo C. M.

    Abstract in Portuguese:

    Em alguns problemas práticos, por exemplo em sistemas mecânicos para controle de vibrações, é mais fácil obter o sinal da derivada dos estados do que os sinais dos estados. Uma nova técnica para estabilização de sistemas multivariáveis lineares sob realimentação da derivada dos estados é proposta. Este método é baseado em LMIs e supõe que a planta é controlável e não possui pólos na origem. Ele permite a inserção de restrições de projeto tais como: taxa de decaimento, restrições na saída do sistema e a existência de falhas estruturais. É proposta também uma metodologia de otimização que obtém os ganhos dos controladores com menores normas. A eficiência do procedimento de projeto é ilustrada através da solução de três exemplos de aplicação.

    Abstract in English:

    In some practical problems, for instance in the control systems for the suppression of vibration in mechanical systems, the state-derivative signals are easier to obtain than the state signals. A new technique for stabilization of linear multivariable systems by state-derivative feedback is proposed. The proposed method is described in Linear Matrix Inequalities (LMIs) and assumes that the plant is a controllable system with poles different from zero. It can include design constraints such as: decay rate, bounds on output peak and structural failures. An optimization procedure to obtain the controller gain with constraint in the norm is also proposed. The efficiency of design procedure is illustrated through three numerical examples.
  • Projeto e implementação de um controlador de corrente robusto para inversores com filtro LCL conectados à rede com incertezas paramétricas Eletrônica De Potência

    Gabe, Ivan Jorge; Massing, Jorge Rodrigo; Montagner, Vinícius Foletto; Grigoletto, Felipe Bovolini; Pinheiro, Humberto

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo trata do projeto e implementação de um controlador discreto de corrente para um inversor trifásico alimentado em tensão e conectado à rede através de um filtro LCL, geralmente encontrado em sistemas de geração eólica. Primeiramente, é desenvolvido um teorema que relaciona a controlabilidade da equação dinâmica discreta, que representa o comportamento do conversor conectado à rede, aos parâmetros do filtro e a freqüência de amostragem do sistema. Então é derivada uma condição para a obtenção dos ganhos de retroação parcial robusta de estados baseada em desigualdades matriciais lineares. Este controlador garante a estabilidade e o amortecimento ativo da ressonância do filtro LCL conectado à rede, mesmo com incertezas paramétricas no ponto de conexão sem a necessidade de procedimentos de auto-sintonia ou algoritmos adaptativos. Finalmente, um controlador com modelo interno é adicionado a fim de prover rastreamento assimptótico da referência e rejeição do distúrbio, diminuindo significativamente o impacto dos distúrbios harmônicos de baixa freqüência da tensão da rede nas correntes de saída. Resultados experimentais e de simulação são apresentados para dar suporte a análise teórica desenvolvida bem como para demonstrar o desempenho do sistema.

    Abstract in English:

    This paper addresses the design and implementation of a discrete controller for grid connected voltage source inverters with LCL-filter usually found in wind power generation systems. First a theorem that relates the controllability of the discrete dynamic equation of the inverter with LCL-filter and the sampling frequency is derived. Then, a condition to obtain a robust partial state feedback controller based on linear matrix inequalities is proposed. This controller guarantees the stability and damping of the LCL-filter resonance for a large set of grid conditions without requiring self-tuning procedures. Finally, an internal model controller is added to ensure asymptotic reference tracking and disturbance rejection, therefore reducing significantly the impact of grid background voltage distortion on the output currents. Simulation and experimental results are presented to support the theoretical analysis and to demonstrate the system performance.
  • Método da histerese por auto-ajuste para minimização de esforço de controle no separador submarino VASPS Aplicação Em Engenharia Do Petróleo

    Melo, André V. de; Serapião, Adriane B. S.; Mendes, José R. P.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho apresenta-se o estudo do desenvolvimento de um controlador não-tradicional baseado em um mecanismo de histerese com auto-ajuste para o controle de nível de líquido de um sistema de separação e bombeio submarino conhecido como VASPS. O controlador desenvolvido gera sinais enviados para a bomba centrífuga submersa para controlar o nível de líquido no tanque do separador, evitando que ele atinja valores muito baixos que poderiam danificar a bomba ou valores muito altos que reduziriam a eficiência da separação líquido/gás. Os sinais de controle gerados pelo controlador visam solicitar a bomba o mínimo possível de modo a evitar o seu desgaste e falhas prematuras. Nas simulações, o controlador desenvolvido foi testado sob grandes variações nas condições de operação, tais como golfadas, produzindo resultados bastante satisfatórios e promissores.

    Abstract in English:

    This work presents a study of the development of a non-standard controller based on an auto-tuning hysteresis mechanism, in order to control the liquid level inside of a sub sea separation and pumping system. The developed controller generates signals, which are sent to the electrical submersible pump to control the liquid level in the separator's tank to avoid that it reach very low values, which could damage the pump, or very high values, which would reduce the liquid/gas separation efficiency. The controller must generate the minimum number of signals variations as possible to avoid wear on the pump and premature failures. In computer simulations, the developed controller was tested under large variations in operation conditions, such as slugs, with reliable and promising results.
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