Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 21, Issue: 3, Published: 2010
  • SPR Systems Synthesis Through Routh-Hurwitz Criterion Teoria De Controle

    Covacic, Márcio Roberto; Teixeira, Marcelo Carvalho Minhoto; Assunção, Edvaldo; Cardim, Rodrigo

    Abstract in Portuguese:

    Dada uma planta Gol(s) linear e invariante no tempo com uma entrada e q saídas, sendo q > 1, é proposto um método, baseado no Critério de Estabilidade de Routh-Hurwitz, para a obtenção de uma matriz constante F ? Rq em série com a saída, de modo que o sistema FGol(s) seja de fase mínima. A partir desta solução, o sistema FGol(s) é representado em espaço de estados por {A,B,FC} e é obtida uma matriz constante de realimentação da saída Ko ? R¹, de modo que o sistema realimentado {A-BKoC,B,FC} seja Estritamente Real Positivo (ERP). O procedimento proposto fornece condições necessárias e suficientes para os dois problemas. Inicialmente, é analisado o caso geral, com q genérico. Em seguida, são estudados os casos particulares q = 2 e q = 3.

    Abstract in English:

    Given a linear time-invariant plant Gol(s) with one input and q outputs, where q > 1, a method based on the Routh-Hurwitz Stability Criterion is proposed to obtain a constant tandem matrix F ? Rq, such that FGol(s) is a minimum-phase system. From this solution, the system FGol(s) is represented in state space by {A,B,FC} and a constant output feedback matrix Ko ? R¹ is obtained such that the feedback system {A-BKoC,B,FC} is Strictly Positive Real (SPR). The proposed procedure offers necessary and sufficient conditions for both problems. Initially, the general case, with a generic q, is analyzed. Following, the particular cases q = 2 and q = 3 are studied.
  • A tutorial on pseudospectral methods for computational optimal control Otimização Em Controle E Automação

    Becerra, Victor M.; Galvão, Roberto Kawakami Harrop

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo é um tutorial introdutório sobre controle ótimo pseudo-espectral. Em métodos pseudo-espectrais, uma função é aproximada como uma combinação linear de funções de base suaves, tipicamente escolhidas como polinômios de Legendre ou Chebyshev. A colocação de equações algébrico-diferenciais é realizada em pontos de colocação ortogonal, que são selecionados de modo a minimizar o erro de interpolação. Métodos pseudo-espectrais discretizam o problema de controle ótimo original de modo a convertê-lo em um problema de programação não-linear. Um otimizador numérico é então empregado para obter soluções localmente ótimas. Este artigo também descreve sucintamente a funcionalidade e a implementação de um pacote computacional de código aberto escrito em C++ chamado PSOPT. Tal pacote emprega métodos de discretização pseudo-spectrais para resolver problemas de controle ótimo com múltiplas fase. O PSOPT permite a utilização de métodos de Legendre ou Chebyshev, e possui características úteis tais como diferenciação automática, detecção de esparsidade e escalonamento automático. O uso de métodos pseudo-espectrais é ilustrado em dois problemas retirados da literatura de controle ótimo computacional.

    Abstract in English:

    This paper is a tutorial introduction to pseudospectral optimal control. With pseudospectral methods, a function is approximated as a linear combination of smooth basis functions, which are often chosen to be Legendre or Chebyshev polynomials. Collocation of the differential-algebraic equations is performed at orthogonal collocation points, which are selected to yield interpolation of high accuracy. Pseudospectral methods directly discretize the original optimal control problem to recast it into a nonlinear programming format. A numerical optimizer is then employed to find approximate local optimal solutions. The paper also briefly describes the functionality and implementation of PSOPT, an open source software package written in C++ that employs pseudospectral discretization methods to solve multi-phase optimal control problems. The software implements the Legendre and Chebyshev pseudospectral methods, and it has useful features such as automatic differentiation, sparsity detection, and automatic scaling. The use of pseudo-spectral methods is illustrated in two problems taken from the literature on computational optimal control.
  • Embedded DSP-based compact fuzzy system and its application for induction motor V/F control Sistemas Inteligentes

    Suetake, Marcelo; Silva, Ivan Nunes da; Goedtel, Alessandro

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma metodologia de implementação de algoritmos com estratégias fuzzy para sistemas embarcados em processadores digitais de sinais, cujo propósito de aplicação consiste no controle escalar de motores de indução trifásicos. A estratégia de controle adotada reside no ajuste da amplitude e freqüência (V/f) do sinal fundamental da tensão de alimentação do motor de indução, que foi modulado por largura de pulso aplicado a um inversor trifásico. Para tanto, o sistema de controle fuzzy foi integralmente embarcado em um processador digital de sinal empregando-se técnicas de simplificação que visam à redução dos requisitos de memória e custo computacional. O desempenho do controlador foi avaliado experimentalmente sob condições de variação de torque de carga aplicado ao eixo do motor de indução trifásico e referência de velocidade. Análises comparativas com as técnicas de controle PI e PID foram também realizadas com o propósito de validação da metodologia proposta.

    Abstract in English:

    This paper presents a methodology for the implementation of embedded fuzzy system algorithms to be built in digital signal processors. For the purpose of this application, the technique was applied for induction motor scalar speed control. The adopted control strategy is to adjust the amplitude and frequency (V/f) of fundamental supply voltage signal of induction motor, which is achieved by a three-phase pulse width modulation inverter. The fuzzy control system was therefore entirely embedded in DSP by applying simplification techniques, which aim at computational cost and memory requirements reduction. The controller performance in relation to load torque and speed reference variations was evaluated by experimental tests. A comparative analysis with conventional PI and PID controllers was also achieved.
  • Linear torque control of an interior permanent magnet synchronous motor Máquinas Elétricas

    Figueiredo, Daniel; Bim, Edson

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é apresentado o controle linear de torque de um motor síncrono de ímãs permanentes interiores funcionando nas regiões de torque constante e de potência constante. O controle de torque constante é implementado através da curva de máximo torque por Ampère do motor. A tensão de terminal do estator é mantida constante ao longo da região de enfraquecimento mediante o controle da reação de armadura. Para melhorar a resposta dinâmica do controle, o controle de máximo torque por Ampère é estendido à região de enfraquecimento parcial de campo, que é uma região intermediária de velocidade. Resultados de simulação computacional e experimentais são obtidos com o objetivo de validar os métodos de controle propostos.

    Abstract in English:

    In this article is presented the linear torque control of an interior permanent magnet synchronous motor operating in the constant torque and field weakening ranges. The constant torque control is implemented by using the maximum torque per Ampère curve of the motor. The terminal stator voltage remains constant along the field weakening range by controlling the armature reaction control. In order to obtain a better dynamic response, the maximum torque per Ampère control is extended up to the field weakening range, called partial field weakening region. Experimental and simulation results are presented in order to validate the proposed torque control methods.
  • Education and oriented design for DC to DC convertes using java applets tools Eletrônica De Potência

    Canesin, Carlos Alberto; Sampaio, Leonardo Poltronieri; Gonçalves, Flávio Alessandro Serrão

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um novo conjunto de ferramentas de simulação interativas abordando a operação idealizada de conversores CC-CC não isolados, visando o auxílio e aprimoramento do ensino em Eletrônica de Potência. Estas novas ferramentas de simulação utilizam uma metodologia consolidada de desenvolvimento, empregando recursos modernos da linguagem Java, para propiciar um ambiente dinâmico e interativo de visualização de simulações em regime permanente. Adicionalmente, este trabalho apresenta as principais características operacionais das ferramentas educacionais propostas, e, aborda sua utilização como ferramenta de projeto orientado para as aulas de laboratórios no curso de Eletrônica de Potência. Neste sentido, com o objetivo de validar as ferramentas desenvolvidas e mostrar a sua utilidade, alguns exemplos considerando o conversor Buck são apresentados, onde são efetuadas comparações com ambientes de simulação conhecidos, e com resultados experimentais obtidos nos laboratórios didáticos.

    Abstract in English:

    This paper presents a new set of interactive simulation tools dealing with the steady-state operation of idealized non-isolated DC to DC converters, in order to support the enhancement of power electronics education. These new interactive tools make use of a consolidated design approach where the benefits of Java language were utilized to provide a dynamic and interactive visualization of simulations in steady-state. Additionally, this paper discusses the main features of proposed simulation tools, and discusses its use as an oriented design tool for the lectures and laboratory experiments in the Power Electronics courses. In order to corroborate the proposed interactive simulation tools and to show its usefulness, comparisons of results from Buck converter on proposed tools and a well-known simulator package with those on experimental evaluation from laboratory classes are presented.
  • Robust Optimal Power Flow by Byrd-Omojukun trust region method Sistemas De Potência

    Sousa, Andréa A.; Torres, Geraldo L.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta um algoritmo de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) globalmente convergente, ou seja, capaz de obter uma solução de FPO sempre que ela existir. Como os sistemas de potência estão operando cada vez mais próximos dos limites de segurança, há uma necessidade crescente por algoritmos de FPO com convergência global. O algoritmo proposto utiliza a técnica de região de confiança de Byrd e Omojokun, mas com a restrição de região de confiança definida pela norma infinita. Os subproblemas gerados em cada iteração de região de confiança são resolvidos por métodos de pontos-interiores para programação quadrática. O foco do novo algoritmo de FPO está na robustez de convergência e não no tempo de processamento. Os resultados de simulações com os sistemas testes do IEEE sugerem a esperada robustez de convergência do algoritmo.

    Abstract in English:

    This paper presents a globally convergent Optimal Power Flow (OPF) algorithm, i.e., an optimization algorithm capable of finding an OPF solution whenever a solution exists. As power systems become heavily loaded and operate close to security limits there is an increasing need for globally convergent OPF algorithms. The proposed algorithm uses the trust region technique of Byrd and Omojokun with the trust region constraint defined by the infinity norm. The subproblems generated in each trust region iteration are solved by primal-dual interior-point methods for quadratic programming. The focus of the proposed OPF algorithm is on the convergence robustness rather than on processing time. The simulations results with the IEEE test systems suggest the expected robustness of the approach.
  • Alocação otimizada de dispositivos de controle e proteção em redes de distribuição Sistemas De Potência

    Silva, Luis Gustavo W. da; Pereira, Rodrigo A. F.; Mantovani, José R. Sanches

    Abstract in Portuguese:

    A Alocação e/ou realocação otimizada de dispositivos de controle e proteção em redes de distribuição de energia elétrica melhora a qualidade do serviço de fornecimento de energia e os índices de confiabilidade do sistema. Neste trabalho apresenta-se um modelo de programação não linear binário (PNLB) para o problema de alocação e/ou realocação de chaves seccionadoras e dispositivos de proteção em alimentadores radiais aéreos de distribuição. As restrições consideradas no modelo refletem limitações técnicas e econômicas, tais como problemas de coordenação de dispositivos de proteção em série, número de equipamentos disponíveis, importância do alimentador sob análise, topologia do circuito, qualidade do fornecimento de energia e limitações físicas do sistema. Para solução desse problema propõe-se um algoritmo de Busca Tabu Reativo (RTS). São apresentados os resultados obtidos através de testes realizados com a implementação computacional da metodologia proposta, utilizando-se um alimentador de distribuição radial real com 134 barras.

    Abstract in English:

    Optimized allocation and/or re-allocation of control and protective devices in distribution networks allows for a better operation and improvement of the reliability indices of the system. Control devices (used to reconfigure the feeders) are allocated in distribution networks to obtain an optimal operation strategy to facilitate power supply restoration in the case of a contingency. Protective devices (used to isolate faults) are allocated in distribution systems to improve the reliability and continuity of the power supply. It significantly reduces the impacts of faults in terms of customers' outages, and the time needed for fault location and system restoration. In this work, a binary non-linear programming model (BNLP) for the sectionalizing switches and protection devices allocation and/or re-allocation problem is presented. Constraints considered for the problem reflect technical and economical limitations, such as in-series protective devices coordination, number of available equipments, importance of the analyzed feeder, circuit topology, quality of power supply and physical limitations of the system. A dedicated Reactive Tabu Search Algorithm (RTS) is proposed for solving this problem. Results and optimized strategies for allocating or re-allocating protection devices and switches considering a real-life network restoration are presented.
  • Methodology for analysis of N-Conductor electrical systems using the Current Injection Method Sistemas De Potência

    Penido, Débora Rosana Ribeiro; Araujo, Leandro Ramos de; Carneiro Jr., Sandoval; Pereira, José Luiz Rezende

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho apresenta-se uma nova metodologia para análise em regime permanente de sistemas elétricos a n-condutores, com capacidade de modelar diversas características de redes e componentes encontrados nos sistemas elétricos de potência. A metodologia tem se mostrado eficiente e robusta, possuindo aplicação bastante geral, podendo ser utilizada para analisar sistemas equilibrados ou desequilibrados, radiais ou reticulados, de transmissão, subtransmissão, distribuição ou industriais, inclusive sistemas de grande porte. A metodologia proposta foi chamada de Método de Injeção de Correntes a N Condutores - MICN e é baseada no Método de Injeção de Correntes em coordenadas retangulares, definida diretamente em coordenadas de fase e usa o método de Newton-Raphson no processo de solução.

    Abstract in English:

    In this work a new methodology for steady state analysis of n-conductor electrical systems is presented, with the capability to model a variety of components found in electrical power systems. The methodology is shown to be efficient and robust, with general application and it can be used to analyze balanced or unbalanced systems, radial or meshed, of transmission, sub-transmission, distribution or industrial, including large-scale power systems. The proposed methodology was called the N Conductor Current Injection Method - NCIM and is based on the Current Injection Method in rectangular coordinates, formulated directly in phase coordinates and uses the Newton-Raphson method as a solution process.
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