Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 22, Issue: 3, Published: 2011
  • Modeling and control of a three-phase isolated grid-connected converter for photovoltaic applications

    Villalva, Marcelo Gradella; Espindola, Marcos Fernando; Siqueira, Thais Gama de; Ruppert, Ernesto

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo descreve a modelagem e o controle de um conversor trifásico conectado à rede alimentado por um conjunto fotovoltaico. O conversor é composto de um estágio CC-CC isolado um estágio CC-CA. São obtidas funções de transferência com as quais são projetados três sistemas de controle em malha fechada: um para a tensão de entrada do arranjo de painéis solares, um para a tensão do do barramento de tensão contínua e outro para as correntes trifásicas de saída.

    Abstract in English:

    This paper describes the modeling and control of a three-phase grid-connected converter fed by a photovoltaic array. The converter is composed of an isolated DC-DC converter and a three-phase DC-AC voltage source inverter The converters are modeled in order to obtain small-signal transfer functions that are used in the design of three closed-loop controllers: for the output voltage of the PV array, the DC link voltage and the output currents. Simulated and experimental results are presented.
  • Binocular calibration with 1D parttern without movements restriction Processamento De Imagens

    França, José Alexandre de; França, Maria Bernadete de M.; Stemmer, Marcelo Ricardo; Palácios, Rodrigo Henrique C.

    Abstract in Portuguese:

    Na visão computacional, a calibração de câmeras é um processo necessário quando deseja-se recuperar informações como, por exemplo, ângulos e distâncias. O presente trabalho trata do problema de calibração de câmeras com gabaritos de uma única dimensão. Atualmente, tal problema só tem solução se forem impostas restrições ao movimento do gabarito ou se alguns parâmetros das câmeras já sejam previamente conhecidos. Contudo, demonstra-se que uma abordagem diferente pode ser aplicada se, ao invés de uma única câmera, um conjunto binocular for considerado. Nesse caso, a calibração é possível com um gabarito 1D que realiza um deslocamento desconhecido e sem restrições, mesmo sem nenhuma informação prévia a respeito das câmeras. Tal método baseia-se na estimação de uma transformação que, após a estimação da matriz fundamental do sistema, permite atualizar uma calibração projetiva para uma calibração euclidiana. Experimentos em imagens reais e sintéticas validam o novo método e mostram que a sua exatidão é comparável a de outros métodos clássicos de calibração, já bem conhecidos na literatura.

    Abstract in English:

    In computer vision, the camera calibration is a process needed when the recovery of some information, such as angles and distances, is desired. The present work deals with the problem of camera calibration using one-dimensional patterns. Nowadays, this problem only has a solution if some restrictions to the pattern's movement are imposed or if some angles of the cameras are known in advance. However, a different approach can be applied if, instead of only one camera, a stereo system is considered. In that case, the calibration is possible with a one-dimensional pattern that executes an unknown and unrestricted movement, even without any previous information concerning the cameras. Such method is based on the estimation of a transform which, after the estimation of the system's fundamental matrix, allows updating a projective calibration into a Euclidean calibration. Experiments using both real and synthetic images validate the new method and demonstrate that its accuracy is comparable to other well known calibration methods in the literature.
  • Localization, modelling, and control of a mini-helicopter in indoor environments Robótica

    Moreira, Marco Aurélio G.; Tôrres, Leonardo A. B.; Pereira, Guilherme A. S.; Iscold, Paulo

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho aborda o problema de robotização de um helimodelo comercial de pequeno porte para operação em ambientes internos. A solução para o problema é dividida em três subtarefas: (i) projeto e implementação de algoritmos de localização, (ii) desenvolvimento da modelagem do helimodelo e (iii) projeto e implementação de leis de controle. Para localização, propõe-se a combinação de informações provenientes de um sistema de visão estéreo e de sensores inerciais via Filtragem de Kalman. Os estados estimados, que compreendem posições e velocidades lineares e angulares, são usados em conjunto com os sinais de comando do piloto para estimar, por meio de métodos de identificação, os parâmetros de um modelo caixa-cinza. De posse do modelo dinâmico do helimodelo, são projetados os controladores, que consistem em controladores PID clássicos em cascata. Resultados experimentais mostram a estabilização de todos os graus de liberdade do helimodelo.

    Abstract in English:

    This work addresses the robotization of a small-scale commercial helicopter. The solution involves three subtasks: (i) design and implementation of algorithms for localization, (ii) development of the helicopter model, and (iii) design and implementation of control laws. For localization, the combination of a stereo vision system and inertial sensors information via Kalman Filtering is proposed. The estimated states, which are linear and angular positions and velocities, along with the pilot commands are used to estimate, through system identification methods, the parameters of a gray box model. This model is further used to design the system controllers, which are traditional PID cascade control. Experimental results show the stabilization of all degrees of freedom of the mini-helicopter.
  • H∞ cost minimization of uncertain discrete time systems with delay in the state Controle Robusto

    Caldeira, André F.; Miranda, Márcio F.; Leite, Valter J. S.; Gonçalves, Eduardo N.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho são investigados sistemas lineares incertos e discretos no tempo com atraso variante no tempo afetando o vetor de estados. É considerado que as incertezas são representadas em um domínio politópico e que elas podem estar presentes em todas as matrizes do modelo do sistema. Condições expressas como Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs, do inglês Linear Matrix Inequalities) são propostas para o cômputo do custo garantido H∞ e para a síntese de ganhos robustos de realimentação de estados que minimizam a norma H∞ entre a entrada de pertubação e a saída do sistema. Essas condições são estabelecidas com a utilização de funções de Lyapunov-Krasovskii (L-K) dependentes de parâmetro. Variáveis matriciais de folga - via Lema de Finsler - são empregadas para desacoplar as matrizes do sistema das matrizes da função de L-K. A "desigualdade de Jensen" é usada para manipular os termos cruzados que aparecem no desenvolvimento das condições, fornecendo uma majoração menos conservadora que outras encontradas na literatura. As condições propostas são dependentes do atraso. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar a eficácia da proposta e para estabelecer comparações com outras encontradas na literatura.

    Abstract in English:

    This paper deals with uncertain discrete-time systems with time varying delay affecting the state vector. It is considered that the uncertainties are represented in a polytopic domain and they may be present in all matrices of the model of the system. Conditions expressed as Linear Matrix Inequalities (LMIs) are proposed for the H∞ guaranteed cost computation and for the design of robust state feedback control gains that minimize the H∞ norm from the perturbation input to the system output. These conditions are established by using parameter dependent Lyapunov-Krasovskii (L-K) functions. Slack matrix variables - via Finsler's Lemma - are employed to decouple the matrices of the system from the L-K function ones. The "Jensen's inequality" is used to handle crossed terms in the development of the conditions, yielding a less conservative over bound w.r.t. other approaches in the literature. The provided conditions are delay-dependent. Numerical examples are presented to illustrate the eficacy of the proposed conditions and they are used to establish comparisons with other techniques available in the literature.
  • Stabilization of uncertain T-S fuzzy systems using statederivative feedback Controle Robusto

    Silva, Emerson Ravazzi Pires da; Teixeira, Marcelo C. M.; Assunção, Edvaldo; Faria, Flávio Andrade

    Abstract in Portuguese:

    Em alguns problemas práticos, por exemplo, no controle de vibrações de sistemas mecânicos, é mais fácil obter o sinal da derivada dos estados que o sinal dos estados. Assim, neste trabalho é proposto um método para o projeto da realimentação derivativa aplicada à sistemas não-lineares incertos. Durante a modelagem do problema os sistemas não-lineares são representados por modelos fuzzy Takagi-Sugeno, permitindo que o projeto do controlador seja realizado com Desigualdades Matriciais Lineares (em inglês, Linear Matrix Inequalities (LMIs)). Este tipo de modelagem facilita o projeto de controle, pois, LMIs são facilmente resolvidas utilizando técnicas de programação convexa. O projeto de controle visa a estabilização do sistema, com ou sem restrições na taxa de decaimento. A eficiência do método é ilustrada através de um exemplo numérico.

    Abstract in English:

    In some practical problems, for instance, in the suppression of vibration in mechanical systems, the state-derivative signals are easier to obtain than the state signals. Thus, a method for state-derivative feedback design applied to uncertain nonlinear systems is proposed in this work. The nonlinear systems are represented by Takagi-Sugeno fuzzy models during the modeling of the problem, allowing to use Linear Matrix Inequalities (LMIs) in the controller design. This type of modeling ease the control design, because, LMIs are easily solved using convex programming technicals. The control design aimed at system stabilisation, with or without bounds on decay rate. The efficiency of design procedure is illustrated through a numerical example.
  • Mathematical programming model for control of growth of vegetation in electrical power distribution networks Sistemas Elétricos De Potência

    Apolinário, Liliani A. V.; Mantovani, José R. Sanches

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho o problema da programação de execução de podas de árvores sob a rede de distribuição é formulado como um modelo matemático de programação binária. Neste modelo busca-se a redução das taxas de faltas devido à vegetação e a alocação otimizada de recursos humanos e financeiros, anuais, disponíveis pelas empresas distribuidoras para manutenção da vegetação sob a rede, de modo a não violar as restrições financeiras, os recursos humanos disponíveis pelas empresas e os índices de confiabilidade do sistema. Os índices de confiabilidade devido a interferência da vegetação são obtidos através da técnica de regressão dos dados da série histórica das faltas ocorridas devido à vegetação em cada alimentador. Para solução do modelo de otimização proposto utiliza-se um algoritmo genético de Chu-Beasley. A metodologia proposta é validada e testada em um sistema de distribuição aéreo de uma cidade de médio porte.

    Abstract in English:

    In this paper the problem of scheduling execution of tree pruning under the distribution network is formulated as a binary programming model. This model seeks reducing the fault rates due to the vegetation and the optimized allocation of the annual financial and human resources available by the utilities to maintain the trees under the feeders without violating the financial resources constraints and the reliability index. The reliability index due to the vegetation causes are obtained by regression techniques of historical data from the faults occurred in each feeder. To solve the optimization model it is proposed a dedicated Chu-Beasley genetic algorithm. The proposed methodology is tested for an aerial distribution system of a medium size city.
  • Automatic system for measuring the concentration of clouds condensation nuclei by computer vision Instrumentação Eletrônica

    Pinheiro, Francisco Geraldo de Melo; Cortez, Paulo Cesar; Mota, João Cesar Moura

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é descrito um sistema para medição automática da concentração de núcleos de condensação de nuvens por visão computacional, os procedimentos e a infraestrutura de laboratório para sua avaliação e, por fim, compara suas medições com as de outro equipamento considerado como referência. O sistema de medição desenvolvido utiliza para tal, técnicas de processamento digital de imagens. O processo consiste na captura de uma amostra do ar atmosférico dentro de uma câmara de nuvens estática por difusão supersaturada de vapor de água. Nesta condição, as moléculas do vapor de água condensam sobre os núcleos de condensação de nuvens presentes no ar capturado, produzindo gotículas de água. Estas gotículas ao caírem por gravidade cruzam um feixe de luz LASER, que define um volume de amostragem, o que as tornam visíveis. Uma série de imagens deste processo é digitalizada e processada para identificação e isolamento das gotículas presentes no volume de amostragem. Em seguida, estas gotículas são automaticamente contadas e a sua concentração é calculada. As técnicas de binarização por limiar, transformada de distância e transformada watershed são utilizadas. Uma metodologia eficiente para determinação do volume de amostragem também é apresentada. Os resultados, dos experimentos realizados em condições controladas, indicam que os procedimentos aplicados são adequados na determinação da concentração dos núcleos de condensação de nuvens e que o equipamento desenvolvido é efetivo em altas concentrações em que outros equipamentos equivalentes já não são confiáveis devido ao efeito da sobreposição de gotículas nas imagens analisadas.

    Abstract in English:

    In this paper is described an automatic system for measuring the concentration of cloud condensation nuclei by computer vision, the procedures and infrastructure of the laboratory for evaluation and, finally, it is compared its measurements with other equipment taken as a reference. The measurement system developed uses for such, digital image processing techniques. The process consists of capturing a sample of atmospheric air inside a static thermal diffusion chamber supersaturated with water vapor. In this condition, the molecules of water vapor condense on the aerosol captured in the air, producing water droplets. These droplets fall by gravity and cross a laser light beam, which defines a sampling volume, making them visible. Series of images of this process is digitized and processed for identification and isolation of the droplets present in the sample volume. Then, these droplets are automatically counted and their concentration is calculated. The threshold, distance and watershed transformations techniques are used. An efficient methodology for determination of sample volume is also presented. The results of experiments performed under controlled conditions indicate that the followed procedures are appropriate in determining the concentration of cloud condensation nuclei and that the equipment developed is effective in high concentrations where other equivalent instruments are no longer reliable due to the effect of overlap of droplets in the images analyzed.
  • Global tracking via sliding mode control and dynamic gain observer Teoria De Controle

    Peixoto, Alessandro Jacoud; Hsuz, Liu; Oliveira, Tiago Roux

    Abstract in Portuguese:

    Uma nova estratégia de controle por modos deslizantes via realimentação de saída é proposta para uma classe de sistemas não-lineares incertos, monovariáveis e variantes no tempo, para a qual um observador da norma do estado possa ser implementado. Esta classe inclui sistemas de fase-mínima com não-linearidades limitadas de modo afim nos estados não-medidos e com taxa de crescimento dependendo não-linearmente da saída medida e de estados internos relacionados com a dinâmica dos zeros. A superfície de deslizamento é gerada utilizando-se os estados de um observador de alto ganho (HGO), enquanto que a amplitude de controle livre de peaking é obtida a partir de um observador da norma do estado. Diferentemente das outras soluções semi-globais encontradas na literatura de controle por modos deslizantes disponíveis para a classe de plantas considerada aqui, o esquema proposto é livre de peaking e alcança o rastreamento global com respeito a um pequeno conjunto residual. A idéia chave é projetar um HGO com ganho variável, implementado a partir de sinais medidos.

    Abstract in English:

    A novel output-feedback sliding mode control (SMC) strategy is proposed for a class of single-input-singleoutput (SISO) uncertain time-varying nonlinear systems for which a norm state estimator can be implemented. Such a class encompasses minimum-phase systems with nonlinearities afinely norm bounded by unmeasured states with growth rate depending nonlinearly on the measured system output and on the internal states related with the zero-dynamics. The sliding surface is generated by using the state of a high gain observer (HGO) while a peaking free control amplitude is obtained via norm observer. In contrast to the existing semi-global SMC solutions available in the literature for the class of plants considered here, the proposed scheme is free of peaking and achieves global tracking with respect to a small residual set. The key idea is to design a time-varying HGO gain implementable only from measurable signals.
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