Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos tridimensionais

No âmbito da presente dissertação foi elaborado um programa de cálculo automático de pórticos tridimensionais, sob acções estáticas (Portic3D). Utilizaram-se elementos tipo barra 3D constituídos por dois pontos nodais com seis graus de liberdade cada, admitindo a hipótese de comportamento elástico linear do material. Apresentam-se os fundamentos da análise matricial de estruturas e descrevem-se os principais módulos computacionais que foram elaborados (em FORTRAN 90), nomeadamente descreve-se a estrutura global do programa desenvolvido e, em particular, descreve-se a técnica de assemblagem da matriz de rigidez global e do vector global das forças a partir das matrizes de rigidez elementares e dos vectores elementares das forças nodais equivalentes às cargas de vão, respectivamente. A fiabilidade do programa desenvolvido, Portic3D, foi testada através da comparação com os resultados de um programa de cálculo estrutural de referência, o SAP2000, para o caso da análise estática de um edifício de 8 pisos (sob a acção do peso próprio, sobrecargas e forças estáticas equivalentes a uma acção sísmica). Foi elaborado ainda um manual do utilizador para facilitar a utilização do software desenvolvido e para facilitar a eventual integração das rotinas desenvolvidas em programas de cálculo estrutural com novas potencialidades.

Cálculo automático de estruturas: análise estrutural de pórticos planos utilizando o método dos elementos finitos

O principal objectivo da presente dissertação foi o desenvolvimento de um programa de cálculo automático de estruturas reticulares planas. A execução deste trabalho insere-se num programa mais vasto e ambicioso, em que se pretende desenvolver um pacote de cálculo automático de estruturas para utilização académica. Este pacote incluirá o tipo de elementos mais utilizado na Engenharia Civil, podendo efectuar análises lineares e não-lineares, considerando acções estáticas e dinâmicas. Pretende-se também dotar este pacote com o dimensionamento e verificação da segurança dos elementos estruturais. O programa foi desenvolvido recorrendo ao Método dos Elementos Finitos. Em face da aplicação deste método é efectuada uma breve resenha histórica, incluindo o seu desenvolvimento, campos de aplicação e importância na Engenharia Civil para o cálculo de estruturas. Foram implementados elementos finitos do tipo barra 2D de secção constante, em que se admitiu um material isotrópico com comportamento elástico linear. O programa permite a aplicação de cargas estáticas nos nós e elementos de barra, assentamentos de apoio, e fornece os resultados de forma gráfica e numérica. A validação do programa de cálculo foi efectuada através da comparação dos resultados obtidos pelo programa com um outro Programa de cálculo estrutural comercial (SAP2000) e com valores apresentados na bibliografia [LNEC, 1984]. Com o objectivo de incluir este trabalho num pacote de programas mais abrangentes, foi elaborado um fluxograma onde são descritos os blocos principais que compõem o programa desenvolvido e um manual de utilização devidamente pormenorizado.

Validação do dispositivo automático de medição da pressão arterial, OMRON® M6 Comfort, segundo o Protocolo Internacional da Sociedade Europeia de Hipertensão (2010)

Introdução – A medição da pressão arterial (PA), utilizando dispositivos automáticos, é frequentemente realizada na prática clínica e na automedição, permitindo adquirir informação fiável para o diagnóstico, controlo e tratamento da hipertensão arterial. Porém, muitos dos dispositivos automáticos disponíveis no mercado não estão validados segundo protocolos existentes para o efeito. O objetivo do estudo foi confirmar a validação do dispositivo de medição automática da PA, OMRON® M6 Comfort, segundo o Protocolo Internacional da European Society of Hypertension (ESH), de 2010, para a validação de dispositivos de medição automática da PA em adultos. Metodologia – Foram estudados 33 indivíduos, aos quais foram realizadas 9 medições sequenciais da PA, no braço esquerdo, com um esfignomanómetro aneróide alternando com o dispositivo automático. Seguidamente avaliaram-se as diferenças entre os valores obtidos pelos dispositivos para a pressão arterial sistólica (PAS) e diastólica (PAD), classificando-as em três níveis (≤ 5, ≤ 10 ou ≤ 15 mmHg). O número das diferenças em cada nível foi comparado ao requerido pelo Protocolo (fase 1.1). Para cada sujeito foi ainda determinado o número de diferenças com valores ≤ 5 mmHg. Pelo menos 24 dos 33 indivíduos devem ter 2 ou 3 diferenças com valores ≤ 5 mmHg e no máximo 3 dos 33 indivíduos podem apresentar as 3 diferenças com valores > 5 mmHg (fase 1.2). Resultados – O dispositivo OMRON® M6 Comfort foi aprovado nas fases 1.1 e 1.2 para a PAS e PAD. A média das diferenças entre as medições da PA, determinada pelos dispositivos automático e manual, foi de -0,82 ± 5,62 mmHg para a PAS e 2,14 ± 5,15 mmHg para a PAD. Considerações Finais – O dispositivo OMRON® M6 Comfort é válido para a medição da PA em adultos, de acordo com o Protocolo Internacional da ESH, de 2010. - ABSTRACT - Introduction – The measurement of blood pressure (BP) using automatic devices is often performed in clinical practice and self-measurement allowing the acquisition of reliable information for the diagnosis, monitoring and treatment of hypertension. However not all of the automated devices available in the market are validated in accordance with the existing protocols for this purpose. The purpose of this study was to confirm the validation of the automatic measuring device of the BP, OMRON® M6 Comfort, according to the “European Society of Hypertension International Protocol revision 2010 for the validation of blood pressure measuring devices in adults”. Methodology – The study involved 33 subjects, in each one of them, 9 sequential measurements of BP were performed, in the left arm, with the aneroid sphygmomanometer alternating with the automatic device. Afterwards, the differences on the values obtained by the different devices were evaluated, for systolic blood pressure (SBP) and diastolic (DBP), and these differences were then classified into three levels (≤ 5, ≤ 10 or ≤ 15 mmHg). The number of differences at each level was compared to the number required by the protocol (phase 1.1). For each subject the number of differences with values ≤ 5 mmHg was also determined. At least 24 of the 33 subjects should have 2 or 3 differences with values ≤ 5 mmHg and a maximum of 3 of the 33 subjects may have all differences with values > 5 mmHg (phase 1.2). Results – The device OMRON M6 Comfort ® was approved in phases 1.1 and 1.2 for SBP and DBP. The average difference between measurements of BP, as determined by automatic and manual devices, was -0.82 ± 5.62 mmHg for SBP and 2.14 ± 5.15 mmHg for DBP. Conclusion – The device OMRON M6 Comfort® is valid for measuring BP in adults, according to the ESH International Protocol of 2010.

Desenvolvimento de um programa/base de dados para o controlo automático da engenharia/manutenção aeronáutica

Este documento foi escrito para retratar o trabalho desenvolvido como tese de mestrado “Desenvolvimento de um Programa/Base de dados para o controlo automático da Engenharia/Manutenção Aeronáutica”. O programa criado tem como objectivo de gerir a aeronavegabilidade de uma frota de aeronaves, traduzindo todos os requisitos da autoridade que rege a aeronáutica na Europa. O mesmo fundamenta-se no desenvolvimento de um software aplicado a uma empresa que faz a gestão contínua da aeronavegabilidade de um operador aéreo. A sua realização implica conhecer todas as tarefas na gestão contínua de aeronavegabilidade dentro de uma empresa certificada Part M. Para esse conhecimento foi preciso um estudo sobre todas as entidades, manuais e definições envolventes a essa função. A base da construção do programa foi o anexo II, requisitos exigidos pelo INAC para aprovar um programa desse género. Para uma melhor abordagem foi preciso uma revisão de conceitos da manutenção industrial resultantes da Manutenção Aeronáutica e demais. Num início, comeca-se por definir através de vários pontos de vista a manutenção, planeamento da manutenção, noções de fiabilidade e teorias fiabilisticas que estão na base do desenvolvimento de programas de manutenção, seguido de uma explicação sucinta do que é uma empresa que gere aeronavegabilidade de um operador aéreo. É fei3 ta uma explicação de todas as tarefas para manter todo o material de voo aeronavegável segundo o INAC . No capítulo III temos uma explicação de todas as teorias usadas na manutenção aeronáutica na evolução de programas de manutenção de aeronaves passando pelo MSG1 até à filosofia actual usada no desenvolvimento de programas de manutenção na aeronáutica, MSG3. O capítulo IV descreve todos os documentos técnicos envolvidos na gestão de aeronavegabilidade, desde os manuais emitidos pelo fabricante, passando pelos documentos emitidos pelas autoridades aeronáuticas e documentos técnicos produzidos pelo próprio operador aéreo. No capítulo V é descrita uma organização Part M, subpart G, as tarefas mais importantes na gestão contínua de aeronavegabilidade e as responsabilidades da mesma perante a autoridade aeronáutica nacional e tambem define todo o tipo de manutenção exigida a um operador aéreo para manter o seu material de voo aeronavegável sempre atendendo à segurança. Este capítulo define todo o tipo de trabalho a realizar, desde as manutenções mais leves realizadas na placa com o avião em trânsito até às grandes manutenções realizadas num Hangar e apoiodas por oficinas de especialidade. O capítulo VI descreverá o que foi feito. Este capítulo descreve sucintamente tudo o que foi feito, as razões da criação das tabelas, consultas, formulários e relatórios e importância desses na dinâmica da gestão de aeronavegabilidade. Depois de explicar a razão da criação de todas as tabelas, consultas e formulários segue-se um subcapítulo com dados de manutenção fornecidos gentilmente por uma empresa no ramo de forma a poder demostrar como o programa funciona. O último subcapítulo tem algumas considerações finais sobre aquilo que foi feito e aquilo que deveria ser feito com o objectivo de desempenhar de forma automática todoss os requisitos de gestão de aeronavegabilidade. O capítulo VIII tem algumas recomendações futuras a alguém que quiser dar uma continuidade a esse projecto que pode tornar-se muito interessante para uma empresa Part M.

A new control strategy with saturation effect compensation for an autonomous induction generator drivenby wide speed range turbines

This paper presents a variable speed autonomous squirrel cage generator excited by a current-controlled voltage source inverter to be used in stand-alone micro-hydro power plants. The paper proposes a system control strategy aiming to properly excite the machine as well as to achieve the load voltage control. A feed-forward control sets the appropriate generator flux by taking into account the actual speed and the desired load voltage. A load voltage control loop is used to adjust the generated active power in order to sustain the load voltage at a reference value. The control system is based on a rotor flux oriented vector control technique which takes into account the machine saturation effect. The proposed control strategy and the adopted system models were validated both by numerical simulation and by experimental results obtained from a laboratory prototype. Results covering the prototype start-up, as well as its steady-state and dynamical behavior are presented. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative study of power converter topologies and control strategies for the harmonic performance of variable-speed wind turbine generator systems

Power converters play a vital role in the integration of wind power into the electrical grid. Variable-speed wind turbine generator systems have a considerable interest of application for grid connection at constant frequency. In this paper, comprehensive simulation studies are carried out with three power converter topologies: matrix, two-level and multilevel. A fractional-order control strategy is studied for the variable-speed operation of wind turbine generator systems. The studies are in order to compare power converter topologies and control strategies. The studies reveal that the multilevel converter and the proposed fractional-order control strategy enable an improvement in the power quality, in comparison with the other power converters using a classical integer-order control strategy. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fast optimum-predictive control and capacitor voltage balancing strategy for bipolar back-to-back NPC converters in high-voltage direct current transmission systems

Multilevel power converters have been introduced as the solution for high-power high-voltage switching applications where they have well-known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral point diode clamped converters (NPC converter) have been used inhigh-voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar-connected back-to-back NPC converters have advantages in long-distance HVDCtransmission systems over the full back-to-back connection, but greater difficulty to balance the dc capacitor voltage divider on both sending and receiving end NPC converters. This study shows that power flow control and dc capacitor voltage balancing are feasible using fast optimum-predictive-based controllers in HVDC systems using bipolar back-to-back-connected five-level NPC multilevel converters. For both converter sides, the control strategytakes in account active and reactive power, which establishes ac grid currents in both ends, and guarantees the balancing of dc bus capacitor voltages inboth NPC converters. Additionally, the semiconductor switching frequency is minimised to reduce switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy, and its capability to solve the DC capacitor voltage balancing problem of bipolar-connected back-to-back NPCconverters are evaluated.

HVDC transmission systems: Bipolar back-to-back diode clamped multilevel converter with fastoptimum-predictive control and capacitor balancing strategy

Voltage source multilevel power converter structures are being considered for high power high voltage applications where they have well known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral diode clamped converters (NPC) have been used in high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar back-to-back connection of NPCs have advantages in long distance HVDC transmission systems, but highly increased difficulties to balance the dc capacitor voltage dividers on both sending and receiving end NPCs. This paper proposes a fast optimum-predictive controller to balance the dc capacitor voltages and to control the power flow in a long distance HVDCsystem using bipolar back-to-back connected NPCs. For both converter sides, the control strategy considers active and reactive power to establish ac grid currents on sending and receiving ends, while guaranteeing the balancing of both NPC dc bus capacitor voltages. Furthermore, the fast predictivecontroller minimizes the semiconductor switching frequency to reduce global switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy and the associated dc capacitors voltage balancing are evaluated. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Matrix Converter-Based Unified Power-Flow Controllers: Advanced Direct Power Control Method

This paper presents a direct power control (DPC) for three-phase matrix converters operating as unified power flow controllers (UPFCs). Matrix converters (MCs) allow the direct ac/ac power conversion without dc energy storage links; therefore, the MC-based UPFC (MC-UPFC) has reduced volume and cost, reduced capacitor power losses, together with higher reliability. Theoretical principles of direct power control (DPC) based on sliding mode control techniques are established for an MC-UPFC dynamic model including the input filter. As a result, line active and reactive power, together with ac supply reactive power, can be directly controlled by selecting an appropriate matrix converter switching state guaranteeing good steady-state and dynamic responses. Experimental results of DPC controllers for MC-UPFC show decoupled active and reactive power control, zero steady-state tracking error, and fast response times. Compared to an MC-UPFC using active and reactive power linear controllers based on a modified Venturini high-frequency PWM modulator, the experimental results of the advanced DPC-MC guarantee faster responses without overshoot and no steady-state error, presenting no cross-coupling in dynamic and steady-state responses.

Transient analysis of variable-speed wind turbines at wind speed disturbances and a pitch control malfunction

As wind power generation undergoes rapid growth, new technical challenges emerge: dynamic stability and power quality. The influence of wind speed disturbances and a pitch control malfunction on the quality of the energy injected into the electric grid is studied for variable-speed wind turbines with different power-electronic converter topologies. Additionally, a new control strategy is proposed for the variable-speed operation of wind turbines with permanent magnet synchronous generators. The performance of disturbance attenuation and system robustness is ascertained. Simulation results are presented and conclusions are duly drawn. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Wind turbines equipped with fractional-order controllers: Stress on the mechanical drive train due to a converter control malfunction

This paper is on variable-speed wind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG). Three different drive train mass models and three different topologies for the power-electronic converters are considered. The three different topologies considered are respectively a matrix, a two-level and a multilevel converter. A novel control strategy, based on fractional-order controllers, is proposed for the wind turbines. Simulation results are presented to illustrate the behaviour of the wind turbines during a converter control malfunction, considering the fractional-order controllers. Finally, conclusions are duly drawn. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Modelização de um dispositivo de travagem automático de via, através do método dos elementos finitos

Apresenta-se a modelização, através do Método dos Elementos Finitos, de um sistema de proteção automática de comboios, denominado DTAV – Dispositivo de Travagem Automático de Via. A modelização é realizada com o auxílio do software Ansys 13.0. Descreve-se a evolução histórica dos sistemas de proteção automática de comboios, desde a época vitoriana até à atualidade. São categorizados os vários tipos de sistemas de proteção existentes, consoante as suas funcionalidades e os seus princípios físicos de funcionamento. É apresentada uma breve descrição da normalização em vigor, aplicada aos sistemas de proteção automáticos de comboios. Descreve-se em pormenor o sistema DTAV, nomeadamente a sua funcionalidade, o seu princípio físico de funcionamento e o conjunto de equipamentos de que é constituído. Apresenta-se uma breve introdução sobre o método dos elementos finitos, enquadrando o modelo criado com os princípios físicos em que se fundamenta, nomeadamente através da descrição das equações de eletromagnetismo. Desenvolve-se modelo do sistema DTAV, evidenciado as etapas da construção e os resultados obtidos, validados por um conjunto de especificações e ensaios prévios realizados em laboratório.

Distributed Model Predictive Control for Housing with Hourly Auction of Available Energy

This paper presents a distributed model predictive control (DMPC) for indoor thermal comfort that simultaneously optimizes the consumption of a limited shared energy resource. The control objective of each subsystem is to minimize the heating/cooling energy cost while maintaining the indoor temperature and used power inside bounds. In a distributed coordinated environment, the control uses multiple dynamically decoupled agents (one for each subsystem/house) aiming to achieve satisfaction of coupling constraints. According to the hourly power demand profile, each house assigns a priority level that indicates how much is willing to bid in auction for consume the limited clean resource. This procedure allows the bidding value vary hourly and consequently, the agents order to access to the clean energy also varies. Despite of power constraints, all houses have also thermal comfort constraints that must be fulfilled. The system is simulated with several houses in a distributed environment.

Reconfigurable SiC Embedded Photonic Structures with Self Optical Bias Control

Multilayered heterostructures based on embedded a-Si:H and a-SiC:H p-i-n filters are analyzed from differential voltage design perspective using short- and long-pass filters. The transfer functions characteristics are presented. A numerical simulation is presented to explain the filtering properties of the photonic devices. Several monochromatic pulsed lights, separately (input channels) or in a polychromatic mixture (multiplexed signal) at different bit rates, illuminated the device. Steady-state optical bias is superimposed from the front and the back side. Results show that depending on the wavelength of the external background and impinging side, the device acts either as a short- or a long-pass band filter or as a band-stop filter. Particular attention is given to the amplification coefficient weights, which allow to take into account the wavelength background effects when a band or frequency needs to be filtered or the gate switch, in which optical active filter gates are used to select and filter input signals to specific output ports in wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. This nonlinearity provides the possibility for selective removal or addition of wavelengths. A truth table of an encoder that performs 8-to-1 MUX function exemplifies the optoelectronic conversion.

Driving Scheme Using MIS Photosensor for Luminance Control of AMOLED Pixel

This paper presents a new driving scheme utilizing an in-pixel metal-insulator-semiconductor (MIS) photosensor for luminance control of active-matrix organic light-emitting diode (AMOLED) pixel. The proposed 3-TFT circuit is controlled by an external driver performing the signal readout, processing, and programming operations according to a luminance adjusting algorithm. To maintain the fabrication simplicity, the embedded MIS photosensor shares the same layer stack with pixel TFTs. Performance characteristics of the MIS structure with a nc-Si : H/a-Si : H bilayer absorber were measured and analyzed to prove the concept. The observed transient dark current is associated with charge trapping at the insulator-semiconductor interface that can be largely eliminated by adjusting the bias voltage during the refresh cycle. Other factors limiting the dynamic range and external quantum efficiency are also determined and verified using a small-signal model of the device. Experimental results demonstrate the feasibility of the MIS photosensor for the discussed driving scheme.