Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 23, Issue: 1, Published: 2012
  • Conducted EMI yield by static converters applied to power factor correction Eletrônica De Potência / Acionamento

    Beltrame, Fernando; Roggia, Leandro; Schuch, Luciano; Pinheiro, José Renes

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho investiga a interferência eletromagnética (EMI) conduzida gerada por conversores estáticos aplicados a correção do fator de potência. As topologias discutidas neste artigo são os conversores boost, boost intercalado e dual boost. Uma análise do comportamento dos ruídos conduzidos de modo diferencial e de modo comum nos conversores são apresentados. Os conversores são projetados de forma que a taxa de distorção harmônica da corrente de entrada seja a mesma, com o objetivo de usar o mesmo filtro de EMI de entrada. É apresentado o projeto do filtro de EMI com o objetivo de adequar os conversores a norma de interferencia eletromagnética (CISPR 22). Resultados experimentais dos conversores operando na correçao do fator de potência para uma carga de 300W são apresentados, bem como, resultados experimentais de EMI analisando-se o impacto da utilização do filtro de EMI, da alteração da resistência de gate das chaves semicondutoras e alteração da configuração do indutor boost na topologia dual boost.

    Abstract in English:

    This paper investigates the conducted electromagnetic interference (EMI) yielded by power converters used power factor correction.The topologies discussed in this paper are the boost, interleaved boost and dual boost converters. An analysis of the conducted noise behavior of differential mode and common mode in the converters are presented. All converters are designed in a way that the total harmonic distortion of the input current are same, in order to use the same input filter. It is presented the EMI filter design in order to adapt the converters as the standard of electromagnetic interference, CISPR. Experimental results of converters operating in power factor correction for a load of 300W is presented, as well as, experimental results of EMI analyzing the impact of the use of EMI filter, the alteration of the gate resistance of the semiconductor switches and changed in the configuration of the inductor boost for dual boost topology.
  • Geometric approach for modulation of three-leg inverters driving symmetrical and asymmetrical two-phase induction machines Eletrônica De Potência / Acionamento

    Vieira, Rodrigo Padilha; Gastaldini, Cristiane Cauduro; Azzolin, Rodrigo Zelir; Pinheiro, Humberto; Gründling, Hilton Abílio

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma abordagem geométrica para modulação PWM de inversores a três braços acionando máquinas de indução bifásicas. A principal característica do esquema proposto é o número reduzido de cálculos numéricos na modulação de tensões equilibradas e desequilibradas. Na modulação de tensões equilibradas é demonstrado que as amplitudes de linha das mesmas podem variar de zero até 0,707 pu da tensão do barramento CC, enquanto que na modulação de tensões de linha desequilibradas a amplitude da uma destas pode ultrapassar o valor de 0,707 pu do barramento CC. Os resultados obtidos com a técnica proposta são semelhantes aos resultados obtidos com modulação space vector, porém, a implementação da técnica geométrica proposta neste trabalho é realizada com menor esforço computacional comparado a modulação space vector. Resultados experimentais são apresentados para validação da análise teórica, e estes confirmam o bom desempenho do método de modulação proposto.

    Abstract in English:

    This paper presents a geometric approach for PWM modulation of three-leg inverters driving two-phase induction machines (TPIM). The main contribution of proposed scheme is the low computational effort to obtain symmetrical and asymmetrical line voltages suitable to fed two-phase induction machines. It is demonstrated that the amplitudes of line voltages can to vary from zero until 0.707 pu of DC-link for symmetrical output, while one of the voltages can overcome 0.707 pu of DC-link voltage in the asymmetrical case. The results obtained with the proposed modulation technique are similar to those obtained with space vector modulation, however, the implementation of the proposed modulation technique is much more simpler than the implementation of space vector modulation. Experimental results that validate the theoretical analysis are presented and they demonstrate the good performance and simplicity of the proposed modulation method.
  • Evolutionary algorithms and HP Model for protein structure prediction Algoritmos Genéticos E Otimização

    Gabriel, Paulo H. R.; Melo, Vinícius V. de; Delbem, Alexandre C. B.

    Abstract in Portuguese:

    Predição de estruturas de proteínas (PSP) é um problema computacionalmente complexo. Modelos simplificados da molécula proteica (como o Modelo HP) e o uso de Algoritmos Evolutivos (AEs) estão entre as principais técnicas investigadas para PSP. Entretanto, a avaliação de uma estrutura representada pelo Modelo HP considera apenas o número de contatos hidrofóbicos, não possibilitando distinguir entre estruturas com o mesmo número de contatos hidrofóbicos. Neste trabalho, é apresentada uma nova formulação multiobjetivo para PSP em Modelo HP. Duas métricas são avaliadas: o número de contatos hidrofóbicos e a distância entre os aminoácidos hidrofóbicos, as quais são tratados pelo AE Multiobjetivo em Tabelas (AEMT). O algoritmo mostrou-se rápido e robusto.

    Abstract in English:

    Protein structures prediction (PSP) is a computationally complex problem. Simplified models of the protein molecule (such as the HP Model) and the use of evolutionary algorithms (EAs) are among the most investigated techniques for PSP. However, the evaluation of a structure represented by the HP model considers only the number of hydrophobic contacts, which doesn't enable the EA to distinguish between structures with the same number of contacts. This paper presents a new multi-objective formulation for PSP in HP Model. Two metrics are evaluated: the number of hydrophobic contacts and the distance between the hydrophobic amino acids. Both metrics are used by the Multi-objective EA in Tables. We showed that the algorithm is fast and robust.
  • Parametric identification techniques applied to dynamic modeling of an Apache webserver Identificação De Sistemas

    Abreu, Thiago W. M.; Barra Jr., Walter; Barreiros, José A. L.; Costa Junior, Carlos T. da

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta um estudo experimental de técnicas de identificação paramétrica aplicadas à modelagem dinâmica de um servidor web Apache. Foi desenvolvido um arranjo experimental para simular variações de carga no servidor. O arranjo é composto por dois computadores PC, sendo um deles utilizado para executar o servidor Apache e o outro utilizado como um gerador de carga, solicitando requisições de serviço ao servidor Apache. Foram estimados modelos paramétricos auto-regressivos (AR) para diferentes pontos de operação e de condição de carga. Cada ponto de operação foi definido em termos dos valores médios para o parâmetro de entrada MaxClients (parâmetro utilizado para definir o número máximo de processos ativos) e a saída percentual de consumo de CPU (Central Processing Unit) do servidor Apache. Para cada ponto de operação foram coletadas 600 amostras, com um intervalo de amostragem de 5 segundos. Metade do conjunto de amostras coletadas em cada ponto de operação foi utilizada para estimação do modelo, enquanto que a outra metade foi utilizada para validação. Um estudo da ordem mais adequada do modelo mostrou que, para um ponto de operação com valor reduzido de MaxClients, um modelo AR de 7ª ordem pode ser satisfatório. Para valores mais elevados de MaxClients, os resultados mostraram que são necessários modelos de ordem mais elevada, devido às não-linearidades inerentes ao sistema.

    Abstract in English:

    This article presents an experimental study about parametric identification techniques applied to the modeling of an Apache webserver. In order to simulate load variations at the server, an experimental arrangement was developed, which is composed of two personal computers, one used to run the Apache server and the other to generate workload by requesting services to the Apache. Auto-regressive (AR) parametric models were estimated at different operating points and workload conditions. The mean values of the MaxClients input (a parameter which is used to set the maximum number of the server's active processes) were used to define the operating points, in order to obtain the Apache server CPU utilization (in %) as output. 600 samples were collected at each operating point every 5 seconds. To proceed with the system identification, half of the data set was used for parameter estimation while the other half was used for model validation, at each operating point. A study of the most adequate system order showed that a 7th order model could be satisfactorily used for MaxClients low values operating points. However, the results showed that higher order models are needed for MaxClients higher values, due to system inherent non-linearities.
  • Convex flow balancing network design Otimização

    Dias, Pollyanna G. Faria; Miranda Jr., Gilberto de; Saldanha, Rodney Rezende; Camargo, Ricardo Saraiva de

    Abstract in Portuguese:

    O problema de projeto de redes arborescentes de fonte única com custos convexos é abordado neste trabalho. Trata-se de problema referencial no projeto de redes de transporte de matéria, energia ou informação. Resulta do esforço de modelagem um programa não-linear inteiro misto de grande escala e de difícil resolução. Para superar tais dificuldades, dois métodos distintos são aplicados ao problema: O primeiro deles é a técnica de Decomposição de Benders Generalizada; o segundo método combina a técnica de Aproximação Externa com as idéias de projeção subjacentes à Decomposição de Benders para derivar a técnica OA-Híbrido. O método OA-Híbrido se mostra muito eficiente na solução de instâncias com até 702 arcos, obtendo custos de computação bastante razoáveis, tornando promissora a sua aplicação a problemas ainda mais sofisticados.

    Abstract in English:

    In this work, the single source tree network design problem under convex costs is addressed. This is a referential problem when designing networks for materials, energy or data transportation. The modeling effort yields a large scale mixed-integer nonlinear program which is very hard to solve. In order to overcome the solution difficulties, two distinct solution methods are deployed: The first of them is the Generalized Benders Decomposition method; the second technique combines the Outer Approximation method with the ideas of projection in Benders Decomposition in order to imply the technique Hybrid-OA. The Hybrid-OA method is very effective on solving instances up to 702 edges, under reasonable computational costs, and makes the further application of the proposed technique to even more sophisticated models promising.
  • Control loop performance assessment and improvement of an industrial hydrotreating unit and its economical benefits

    Longhi, L.G.S.; Reginato, A.S.; Teixeira, H.C.G.; Cortez, C.A.C.; Lusa, L.P.; Gonzalez, S.S.; Fleck, T.D.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo descreve a auditoria de desempenho de malhas de controle (CLPA) e sua melhoria aplicado a uma unidade industrial de hidrotratamento (HDT) localizada na Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP S.A.). É realizada uma revisão sobre os métodos de avaliação do desempenho do controle regulatório e a ferramenta desenvolvida é descrita. Os passos básicos da metodologia de trabalho são também apresentados, com foco nas ações planejadas e implementadas para melhorar o desempenho dinâmico da unidade. Finalizando o artigo, os principais resultados alcançados para uma aplicação industrial de longo prazo são apresentados, incluindo a pouco usual estimação dos benefícios econômicos.

    Abstract in English:

    This paper describes the CLPA (Control Loop Performance Assessment) and its improvement applied to an industrial hydrotreating unit (HDT) located at Alberto Pasqualini Refinery (REFAP S.A.). It is presented a review on regulatory control performance evaluation methods and the developed tool is described. The basic steps of the work methodology are also presented, with focus on the planned and implanted actions to improve the unit dynamical performance. Finishing the paper, the main results for a long-term industrial application are presented, including the unusual economic gains evaluation.
  • Actuator coordination for legged mobile robots using reinforcement learning: simulation and implementation Robótica

    Santos, Jeeves Lopes dos; Nascimento Júnior, Cairo Lúcio

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma solução para o problema de coordenação dos atuadores das pernas de robôs móveis com o objetivo principal de maximizar a sua velocidade frontal. É assumido que a posição no tempo de cada atuador é descrita por uma função periódica que deve ser determinada de forma iterativa por um algoritmo de aprendizado por reforço. As pernas similares do robô são identificadas e agrupadas visando diminuir o número de funções que precisam ser determinadas. O toolbox SimMechanics do software MATLAB/Simulink é usado para simular o caminhar do robô em uma superfície plana. O desempenho do robô simulado é medido considerando: a) a velocidade frontal e a suavidade na locomoção do robô, e b) o máximo torque e o consumo de energia dos atuadores. As funções que foram determinadas no ambiente de simulação pelo algoritmo de reforço são então usadas nos atuadores do robô real construído usando o kit de robótica educacional Bioloid Comprehensive Kit. O desempenho do robô real é então medido e comparado com o desempenho do robô simulado. Este artigo apresenta dois estudos de caso: um robô quadrúpede e um trípode. Nos dois casos os robôs possuem três atuadores por perna. As soluções obtidas pela aplicação do método proposto são apresentadas e se mostraram satisfatórias.

    Abstract in English:

    This article presents a solution to the problem of how to coordinate the actuators of a legged robot such that its frontal speed is maximized. It is assumed that the position of each leg actuator is described by a periodic function that has to be determined using a reinforcement learning technique called Learning Automata. Analysis of the robot morphology is used to group similar legs and decrease the number of actuator functions that must be determined. MATLAB/Simulink and the SimMechanics Toolbox are used to simulate the robot walking on a flat surface. The simulated robot response is evaluated by the reinforcement learning technique considering: 1) the robot frontal speed, 2) the smoothness of the robot movements, 3) the largest torque required by all actuators, and 4) the energy consumption. After the reinforcement learning algorithm converges to a solution, the actuators functions are applied to the real robot that was built using the Bioloid Comprehensive Kit, an educational robot kit manufactured by Robotis. The response of the real robot is then evaluated and compared with the simulated robot response. This article presents two case studies: a quadrupedal robot and a tripedal robot. In both cases, each leg has three actuators. The solutions obtained by the proposed methodology are presented and shown to be satisfactory.
  • Project-based learning approach for control system courses

    Fernández-Samacá, Liliana; Ramírez, José Miguel; Orozco-Gutiérrez, Martha L.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta a concepção e o desenvolvimento de cursos de sistemas de controle num programa de graduação usando a abordagem Project-Based Learning (PBL), quando o currículo usa educação tradicional. O artigo apresenta um esboço completo de cursos de controle que leva em conta a definição do problema, a duração do projeto, os recursos de apoio e avaliação do aluno. Nesta abordagem, os alunos são organizados em equipes para desenvolver um projeto destinado a encontrar a solução para um problema de controle. A abordagem é baseada na colocação de um desafio profissional ao curso, de modo que os alunos aprendem os tópicos, enquanto eles resolvem o problema e desenvolvem competências transversais necessárias para enfrentar os novos desafios de controle. A abordagem utiliza avaliação por pares e auto-avaliação das atividades para avaliar as habilidades, o conhecimento e observar o desenvolvimento de competências transversais.O impacto da abordagem proposta é avaliada por meio de pesquisa e observação do desempenho dos alunos. Aspectos sobre o projeto de pesquisa e os resultados da pesquisa são apresentados analisando a contribuição da abordagem proposta para desenvolver habilidades como trabalho em equipe, auto-aprendizagem a resolução de problemas e habilidades de comunicação.

    Abstract in English:

    This paper introduces the design and development of control system courses in an undergraduate program by using Project-Based Learning (PBL) when the curriculum uses Traditional Education. The paper presents a complete outline of control courses that takes into account the problem definition, project duration, support resources and student evaluation. In this approach, students are organized into teams to develop a project seeking to find the solution to a control problem. The approach is devoted to placing a professional challenge into the course, so students learn the topics while they solve the problem, and develop the transversal skills needed to face the new challenges of control. The approach uses the peer-assessment and self-assessment activities to evaluate abilities, knowledge, and observe the development of transversal skills. The impact of the proposed approach is evaluated by using a survey and observing the student performance. Aspects about the survey design and survey results are presented analyzing the contribution of the proposed approach to develop skills like teamwork, self-learning, problem solving and communication abilities.
  • A new branch and cut approach applied to the long-term transmission expansion planning problem Sistemas Elétricos De Potência

    Sousa, Aldir Silva; Asada, Eduardo Nobuhiro

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo propomos um algoritmo branch and cut com novas inequações específicas ao problema de planejamento da expansão de redes de transmissão de energia elétrica. Todas as inequações propostas neste trabalho são válidas tanto para os modelos lineares como para os modelos não lineares do problema. Os testes computacionais têm mostrado a eficiência do método proposto neste trabalho quando aplicado a subsistemas reais brasileiros e ao sistema colombiano.

    Abstract in English:

    In this paper we propose a branch and cut algorithm with new inequality constraints applied to the long-term transmission network expansion problem. All the proposed inequalities in this research work are valid for both linear and nonlinear models of the problem. The computational results have demonstrated the effectiveness of the proposed method when applied to Brazilian and Colombian systems.
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