Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 20, Issue: 2, Published: 2009
  • Controle dependente de parâmetros para uma classe de sistemas não-lineares incertos com atuadores saturantes Controle Não-Linear

    Corso, Jones; Castelan, Eugênio B.; Moreno, Ubirajara F.; De Pieri, Edson R.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta alguns resultados sobre estabilização via uma lei de controle dependente de parâmetros de uma classe de sistemas não-lineares em tempo discreto com parâmetros variantes e sob saturação de controle. A lei de controle consiste na realimentação dos estados e da não-linearidade presente na dinâmica da planta, assumindo-se que o vetor de parâmetros é mensurável em tempo real. Para modelar o sistema não-linear sob saturação, utiliza-se uma não-linearidade de tipo zona-morta satisfazendo uma condição de setor modificada. Assim como para sistemas precisamente conhecidos, são propostas condições de estabilização via LMIs que podem ser utilizados em problemas de programação convexa para a síntese da lei de controle. O exemplo numérico apresentado mostra o desempenho da lei de controle dependente de parâmetros e faz uma comparação com uma a parâmetros fixos.

    Abstract in English:

    This paper presents some results on the stabilization by a parameter dependent control law of a class of nonlinear discrete-time systems with some time-varying parameters and under control saturations. The studied control law consists of the feedback of both the states and of the nonlinearity present in the dynamics of the controlled system. Saturations are taken into account by modeling the nonlinear saturated system through a deadzone nonlinearity satisfying a modified sector condition. Thus, LMI stabilization conditions are proposed, which can be cast into convex programming problems to synthesizing the gain matrices that allows to construct the parameter dependent control law. The presented numerical example shows some performance issues and compares the proposed parameter dependent control law with a fixed parameters one.
  • Função energia generalizada de controle para estabilização de sistemas não lineares Controle Não-Linear

    Silva, Flávio H.J.R.; Guedes, Renato B.L.; Alberto, Luis F.C.; Bretas, Newton G.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, o conceito de função de Lyapunov de controle é estendido em duas direções principais. Na primeira direção, o conceito de função energia de controle (FEC) é proposto com o objetivo de não somente projetar leis de controle estabilizantes para sistemas não lineares mas também com o objetivo de fornecer uma estimativa da região de estabilidade do sistema em malha fechada. A FLC garante estabilidade local de um certo ponto de equilíbrio do sistema em malha fechada, mas usualmente não fornece estimativasótimas da região de estabilidade. O conceito de FEC é mais exigente que o conceito de FLC. Além de garantir estabilidade local do equilíbrio, a FEC fornece informações globais a respeito dos conjuntos limites e estimativas ótimas das regiões de estabilidade. A segunda direção está relacionada com o fato de que, em geral, é difícil encontrar FLC ou FEC para muitos sistemas não lineares. De forma a minimizar este problema e aplicar õ conceito de CEF em uma classe maior de sistemas, propõe-se neste artigo o conceito de função energia generalizada de controle (FEGC). A FEGC permite o projeto de controladores mesmo quando a derivada da função energia é positiva em algumas regiões limitadas do espaço de estados.

    Abstract in English:

    extended in two main directions. In the first direction, the concept of control energy function (CEF) is proposed not only to design stabilizing feedback control laws but also to provide an estimate of the stability region of the closed-loopsystem. The CLF guarantees local stability of the closedloop- system but usually cannot provide optimal estimates of its stability region. The CEF concept is more restrict than the CLF concept. Beyond the guarantee of local stability, the CEF provides global information about limit sets and optimal estimates of stability region. The second direction is related to the fact that, in general, it is difficult to find a CLF or a CEF for many nonlinear systems. In order to overcome this problem and apply the concept of CEF for a larger class of systems, the concept of generalized control energy function (GCEF) is proposed in this paper. The GCEF allows the design of nonlinear controllers even when the derivative of the energy function is positive in some bounded regions of the state space.
  • Sistema para geração, aquisição e processamento de sinais de ultra-som Engenharia Biomédica

    Assef, Amauri A.; Maia, Joaquim M.; Gewehr, Pedro M.; Gamba, Humberto R.; Costa, Eduardo T.; Button, Vera L. S. N.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um sistema de geração, aquisição e processamento de sinais de ultra-som para caracterização de materiais. O sistema permite operação nos modos pulso-eco e transmissão-recepção, com taxa de amostragem configurável entre 5 MHz e 80 MHz, sincronismo interno, taxa de repetição dos pulsos de excitação dos transdutores entre 111 Hz e 333 Hz, largura do pulso de 100 ns e amplitude de 200 V. Os circuitos de recepção operam na faixa entre 20 kHz e 30 MHz, com controle de ganho entre -40 dB e +40 dB. Para avaliar o desempenho do sistema, foram realizadas medidas de velocidade de propagação e atenuação em banda larga de ondas ultra-sônicas BUA em acrílico e água. Os resultados obtidos apresentaram desvios inferiores a 1 %, evidenciando que o sistema apresenta boa repetitividade e pode ser utilizado em testes não invasivos e não destrutivos para caracterização de diferentes materiais.

    Abstract in English:

    This work describes a system for generation, acquisition and processing of ultrasonic signals to be used in material characterization. The system can be used in the pulse-echo and transmission-reception modes, with programmable sampling rate between 5 MHz and 80 MHz, internal triggering, repetition rate between 111 Hz and 333 Hz, pulse width of 100 ns and amplitude of 200 V. The reception circuits operate from 20 kHz to 30 MHz, with gain control from -40 dB to +40 dB. In order to evaluate the system performance, the propagation velocity and broadband attenuation of ultrasonic waves BUA were measured in acrylic and water. The results presented deviation below 1 %, showing good repeatability and demonstrating that the system can be used in non invasive and non destructive tests for different material characterization.
  • Desenvolvimento de um sistema protótipo para medição objetiva das forças linguais em humanos Engenharia Biomédica

    Barroso, Márcio Falcão Santos; Costa, Cláudio Gomes da; Saffar, Jorge Milton Ellian; Las Casas, Estevam Barbosa de; Motta, Andréa Rodrigues; Perilo, Tatiana Vargas de Castro; Batista, Monalise Costa; Brito, Vivian Garro

    Abstract in Portuguese:

    O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema para medição da força axial da língua humana. Como diferencial, o protótipo desenvolvido apresenta concordância metodológica com a prática clínica fonoaudiológica, no que diz respeito ao teste aplicado para a percepção da tensão lingual. O trabalho também verifica quais os pontos notáveis de força devem ser utilizados como parâmetros para a análise clínica, justificados a partir de testes de reprodutibilidade e repetitividade, numa tentativa de selecionar quais desses pontos podem ser empregados como parâmetros para o diagnóstico e como indicadores do sucesso de terapias. Resultados preliminares apontam para o uso da força média como medida mais confiável para a clínica fonaudiológica.

    Abstract in English:

    This work presents the development of a system for the measurement of the axial forces produced by the human tongue. A prototype was developed which reproduces the underlying principles of the methods normally adopted in clinical procedures, with the advantage that it allows the phonoaudiologist to obtain objective measurements of these forces. This work also presents an analysis based on the repeatability and the reproducibility of the forces in an attempt to select which of these forces can be employed as parameters for diagnosis and as success indicators of therapies. Preliminary results indicate the mean force as the most reliable parameter.
  • Avaliação da confiabilidade composta sob o enfoque do bem estar utilizando simulação Monte Carlo não-seqüencial Sistemas De Potência

    Amaral, Tiago S.; Borges, Carmen L.T.; Rei, Andrea M.

    Abstract in Portuguese:

    A avaliação da confiabilidade de sistemas de potência compostos têm sido realizada utilizando critérios e métodos determinísticos e probabilísticos. A avaliação da confiabilidade sob o enfoque do bem estar é uma nova proposta que combina critérios determinísticos com metodologias probabilísticas e define os estados do sistema como saudáveis, marginais ou de risco. Este trabalho apresenta a avaliação da confiabilidade composta sob o enfoque do bem-estar utilizando simulação Monte Carlo Não-Seqüencial. É assumida a hipótese de coerência do sistema e os índices de freqüência são calculados utilizando o método da probabilidade condicional. A avaliação do desempenho do sistema é feita através da solução do fluxo de potência pelo método de Newton-Raphson e da solução do fluxo de potência ótimo pelo método dos Pontos Interiores. São apresentados resultados para o sistema IEEE-RTS com e sem curva de carga. Demonstra-se que tanto a método escolhido como a hipótese assumida são válidos e fornecem uma alternativa eficiente para a análise do bem-estar de sistemas de grande porte.

    Abstract in English:

    The reliability evaluation of composite power systems has been historically assessed using deterministic and probabilistic criteria and methods. The well-being approach was recently proposed in order to combine deterministic criteria with probabilistic methods and evaluates the system by healthy, marginal and risky states. This paper presents the composite reliability evaluation by the well-being approach using the non-sequential Monte Carlo simulation. It is assumed that the system is coherent and the frequency and duration indices are calculated using the conditional probability method. The system adequacy is evaluated by the Newton-Raphson power flow method and the interior point optimal power flow method. Results are presented for the IEEE-RTS system with and without load curve. It is demonstrated that the evaluation method as well as the assumed hypothesis are valid and provides an efficient alternative for the well-being analysis of large scale power systems.
  • Estimação de estados harmônicos usando estratégias evolutivas Sistemas De Potência

    Arruda, E. F.; Kagan, N.

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova metodologia para estimar a distorção harmônica em um sistema elétrico, a partir de medições em locais específicos. O algoritmo desenvolvido se baseia em Estratégias Evolutivas. Esta técnica compreende um ramo de desenvolvimento dos Algoritmos Evolutivos, no qual se inserem os Algoritmos Genéticos. As vantagens no uso desta técnica residem nas facilidades de modelagem e em encontrar uma solução para problemas complexos. A maioria das técnicas encontradas na literatura para solução deste problema utiliza sincronização das medições por meio de métodos de alta tecnologia como GPS. O algoritmo proposto visa sincronizar os dados de forma offline por meio das informações do fluxo de carga para a freqüência fundamental, o que o torna muito mais econômico para compor um sistema de monitoramento de qualidade de energia. O algoritmo foi aplicado em uma rede de teste cujos dados foram extraídos do IEEE.

    Abstract in English:

    This paper aims at presenting a new methodology in order to estimate harmonic distortions in a power system, based on measurements in some given sites. The algorithm utilizes Evolutionary Strategies. This technique is a development branch of evolutionary algorithms within which genetic algorithms are included. The main advantage in using such technique relies upon its modeling facilities as well as its potential to solve fairly complex problems. Most papers available in the Scientific Literature base the problem by solving the algorithm on synchronized measurements, by means of high technology GPS power quality meters. The proposed method exposed in this paper synchronizes harmonic distortion data from various power quality meters in an offline way through a previous base case fundamental frequency load flow, what makes the power quality monitoring system much less costly. The algorithm is applied to an IEEE test case network.
  • Robust control methodology for the design of supplementary damping controllers for FACTS devices

    Kuiava, Roman; Ramos, Rodrigo A.; Bretas, Newton G.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo propõe um novo procedimento para projeto de controladores suplementares de amortecimento (ou SDCs, do inglês Supplementary Damping Controllers) para dispositivos FACTS. O problema de projeto do controlador é formulado como uma busca por um controlador que satisfaça um conjunto de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (ou LMIs, do inglês Linear Matrix Inequalities). Sob o ponto de vista de aplicação, o objetivo principal de controle é aumentar as taxas de amortecimento das oscilações inter-área. Ao contrário de outras formulações propostas na literatura, esta nova formulação é capaz de modelar, explicitamente, as restrições da banda passante do controlador, evitando assim que ruídos em alta frequencia sejam amplificados a partir do sinal de entrada do controlador. Para ilustrar a eficiência do procedimento proposto foi realizado um projeto de controlador suplementar para dispositivos TCSC instalados no sistema New England/New York. Os resultados mostram que os controladores projetados são capazes de fornecer amortecimento adequado para os modos de oscilação de interesse em diversas condições de operação.

    Abstract in English:

    In this paper, a new procedure to design Supplementary Damping Controllers (SDCs) for Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS) devices is proposed. The control design problem is formulated as a search for a feasible controller subject to restrictions in the form of Linear Matrix Inequalities (LMIs). The main objective, from the application viewpoint, is the improvement of the damping ratios associated to inter-area oscillation modes. Unlike other types of formulations existing in the literature, this new formulation is capable of explicitly modeling the constraints on the controller bandwidth, which are crucial to avoid undesired amplification of high frequency noise signals coming into the controller input. To illustrate the efficiency of the proposed procedure, the design of an SDC for a Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) placed in the New England/New York benchmark test system is carried out. The results show the designed controllers are able to provide adequate damping for the oscillations modes of interest for several different operating conditions.
  • Security constrained optimal active power flow via network model and interior point method

    Azevedo, Anibal T. de; Castro, Carlos A.; Oliveira, Aurelio R.L.; Soares, Secundino

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma nova formulação do problema de fluxo de potência ótimo corrente contínua com restrições de segurança de três tipos: perda de ramo, perda de gerador e múltiplas perdas. A formulação emprega um modelo de fluxo em redes com restrições adicionais de igualdade e desigualdade e função objetivo quadrática separável que é eficientemente resolvido por um método de pontos interiores preditor-corretor. Técnicas de esparsidade são utilizadas para explorar a estrutura matricial do problema. Estudos de caso para o Sistema Interligado Nacional com 3535 barras e 4238 ramos são apresentados e discutidos, a fim de demonstrar que o modelo proposto pode ser resolvido através de um método de pontos interiores de maneira eficiente, fornecendo soluções que respeitam as restrições de segurança em um tempo computacional razoável.

    Abstract in English:

    This paper presents a new formulation for the security constrained optimal active power flow problem which enables the representation of three basic constraints: branch outage, generator outage and multiple equipment congestion. It consists of a network model with additional linear equality and inequality constraints and quadratic separable objective function, which is efficiently solved by a predictor-corrector interior point method. Sparsity techniques are used to exploit the matricial structure of the problem.Case studies with a 3,535-bus and a 4,238-branch Brazilian power system are presented and discussed, to demonstrate that the proposed model can be efficiently solved by an interior point method, providing security constrained solutions in a reasonable time.
  • Fluxo de potência ótimo descentralizado utilizando algoritmos evolutivos multiobjetivo Sistemas De Potência

    Amorim, Elizete de Andrade; Romero, Rubén; Mantovani, José R. S.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a solução do problema de fluxo de potência ótimo (FPO) descentralizado. Para esta finalidade o problema de FPO é decomposto em várias áreas, definindo-se vários subproblemas regionais de FPO. O FPO é modelado como um problema de otimização não-linear restrito, em que os custos da geração e das perdas de potência ativa são minimizados simultaneamente. Os subproblemas regionais de FPO são resolvidos através de um algoritmo evolutivo multiobjetivo (AEMO) baseado na teoria de Pareto. No AEMO proposto explora-se um mecanismo de preservação de diversidade entre os indivíduos da população para evitar a convergência prematura e soluções ótimas locais. Para extrair a melhor solução compromisso do conjunto Pareto-Ótimo propõem-se um mecanismo de decisão baseado na teoria de conjuntos fuzzy. Além disso, um algoritmo de hierarquia cluster é implementado para reduzir a dimensão do conjunto de Pareto. Para validar a eficiência do modelo e da técnica de solução apresentam-se os resultados obtidos com os sistemas teste RTS-96 e IEEE-354.

    Abstract in English:

    This work presents the development of a computational tool for decentralized optimal power flow (OPF) solution. For this purpose, the OPF problem is decoupled into areas defining several regional OPF subproblems. The OPF is modeled as a constrained nonlinear optimization problem, non-convex, in that the active power losses and optimal dispatch of active and reactive power are minimized simultaneously. Regional OPF subproblems are solved by multiobjective evolutionary algorithm based on the Pareto theory. The proposed approach employs a diversity-preserving mechanism to overcome the premature convergence of algorithm and local optimal solutions. Fuzzy set theory is employed to extract the best compromises of the Pareto set. In addition, a hierarchical clustering algorithm is implemented for reducing Pareto set. To validate the efficiency of the model and the proposed solution technique, the results e analyses of the simulations with the RTS-96 e IEEE-354 test systems are presented.
  • Reconfiguração ótima de sistemas de distribuição para minimização de perdas de energia Sistemas De Potência

    Oliveira, Leonardo W.; C. Junior, Sandoval; Costa, Jeferson S.; Oliveira, Edimar J. de; Pereira, José L. R.; S. Junior, Ivo C.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta um algoritmo para a reconfiguração ótima de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDE), com o objetivo de minimizar a perda total de energia considerando diferentes níveis de carregamento. Trata-se de um problema de programação não linear inteira mista onde a variável discreta é modelada como uma função contínua. Como conseqüência, o problema proposto é resolvido através de um algoritmo passo a passo, onde em cada passo é utilizado o Método Primal-Dual de Pontos Interiores. Os multiplicadores de Lagrange são utilizados para compor o índice de sensibilidade no processo de reconfiguração. O algoritmo proposto é testado em três sistemas encontrados na literatura.

    Abstract in English:

    This paper presents an algorithm for reconfiguration of Electrical Distribution Systems in order to minimize energy losses considering different load levels. This problem is considered as mixed integer non linear programming, in which a continuous function is used to handle the discrete variables. As consequence, the proposed model is solved using a step by step approach where the primal-dual interior point technique is solved at each step. The Lagrange multiplies are used to evaluate the sensitivity index for the reconfiguration process. The developed algorithm is tested in three systems of the literature.
  • Influência da variação da produtividade das usinas hidroelétricas no cálculo da energia firme Sistemas De Potência

    Oliveira, Edimar J. de; Rocha, Rafael Santos; Silva Jr, Ivo Chaves da; Marcato, André Luis Marques; Oliveira, Leonardo Willer de; Pereira, José L. R.

    Abstract in Portuguese:

    No presente trabalho, o problema associado ao cálculo da energia firme é tratado como um modelo não linear de otimização, o que permite a representação da variação da produtividade das usinas. No modelo proposto é considerada a representação individualizada das usinas bem como a série histórica de vazões desde o mês de janeiro de 1931. O problema de otimização proposto é resolvido através do método primal-dual de pontos interiores. Adicionalmente, é apresentado um estudo de caso abrangendo o Sistema Interligado Nacional Brasileiro. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta é promissora, tendo em vista que apresenta um valor de mercado de energia mais realista quando comparado com outras metodologias.

    Abstract in English:

    In the present work, the problem associated to the firm energy evaluation is treated as a non linear optimization model, which allows the representation of the productivity variation of the hydro plants. The proposed model takes into account the individualized representation of the plants and the historical series of flows since the month of January of 1931. The proposed optimization problem will be solved using the Primal-Dual Interior Point Method. A case study will be presented including the Brazilian Interconnected National System. The results obtained show that the proposed methodology is promising, since it presents an energy market value more realistic when compared with existing methodologies.
  • The complex controller for three-phase induction motor direct torque control

    Sguarezi Filho, Alfeu J.; Ruppert Filho, E.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho propõe um método de projeto para um controlador de ganho complexo baseado na função de transferência complexa do motor de indução trifásico para uso no controle direto de torque em que a operação do motor em baixas velocidades é um problema. O projeto e a sintonia do ganho complexo é realizado com o emprego da resposta em frequência do sistema em malha fechada. Resultados experimentais são apresentados para a validação da proposta do controlador.

    Abstract in English:

    This paper proposes a design and tuning method for a complex gain controller, based on the three-phase induction motor mathematical model complex transfer function to be used in the direct torque control at low speed which is a problem so far. The design and tuning of the complex gain is done by using the closed loop system frequency-response function. Experimental results are presented to validate the controller and operation at low speed is also explored.
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