A Pitch Control Malfunction Analysis for Wind Turbines with Permanent Magnet Synchronous Generator and Full-power Converters: Proportional Integral Versus Fractional-order Controllers

A transient analysis for two full-power converter wind turbines equipped with a permanent magnet synchronous generator is studied in this article, taking into consideration, as a new contribution to earlier studies, a pitch control malfunction. The two full-power converters considered are, respectively, a two-level and a multi-level converter. Moreover, a novel control strategy based on fractional-order controllers for wind turbines is studied. Simulation results are presented; conclusions are in favor of the novel control strategy, improving the quality of the energy injected into the electric grid.

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.

Modeling, control and simulation of full-power converter wind turbines equipped with permanent magnet synchronous generator

In this paper, two wind turbines equipped with a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and respectively with a two-level or a multilevel converter are simulated in order to access the malfunction transient performance. Three different drive train mass models, respectively, one, two and three mass models, are considered in order to model the bending flexibility of the blades. Moreover, a fractional-order control strategy is studied comparatively to a classical integer-order control strategy. Computer simulations are carried out, and conclusions about the total harmonic distortion (THD) of the electric current injected into the electric grid are in favor of the fractional-order control strategy.

Concepção de uma pequena turbina eólica destinada ao segmento doméstico (simplificação e análise aerodinâmica das pás)

O trabalho que se apresenta incide sobre o estudo aerodinâmico das pás de uma turbina eólica de pequeno porte, com vista à simplificação geométrica, de forma a que estas sejam baratas e de fácil concepção. A teoria da quantidade de movimento do elemento de pá (BEMT), que é o modelo de referência para o projecto e análise aerodinâmica das pás das turbinas eólicas, foi utilizada neste trabalho de forma a projectar e analisar aerodinamicamente as pás da turbina. Sendo assim, desenvolveu-se um programa computacional em MATLAB, denominado de “Turbina”, de forma a implementar a teoria BEM. Introduzindo os dados dos parâmetros de projecto no programa (potência requerida, o número de pás, velocidade do vento, a TSR e o tipo de perfil alar), obtêm-se os parâmetros geométricos das pás (distribuição da corda ao longo da envergadura, o raio da pá e a distribuição da torção da pá), os parâmetros aerodinâmicos e de desempenho. Uma pá ideal foi calculada e de seguida foi modificada de forma a obter-se uma pá simples e menos carregada aerodinamicamente. Introduzidas as modificações na geometria da pá ideal, obtiveram-se duas configurações distintas. Uma configuração linear, onde a distribuição da corda e do ângulo de torção se tornam lineares, e outra configuração bi-linear, onde a distribuição da corda continua linear mas o ângulo de torção se torna bi-linear, isto é, a pá é composta por dois troços onde cada troço apresenta uma distribuição linear do ângulo de torção geométrica. As conclusões demonstram que a configuração bi-linear é uma boa alternativa a configuração ideal, apresentando uma redução do desempenho do rotor de 2.8% para um aumento do raio da pá em 1.41%, para se obter a mesma potência da configuração ideal. A análise aos perfis alares, utilizados neste trabalho, foi efectuada a partir dos programas comerciais ICEM e FLUENT. De forma a automatizar a análise de CFD, três programas foram desenvolvidos utilizando a linguagem de programação “C”. Os programas são denominados de “Malha2D”, “Calcula_Coeficientes” e “Plot_Graficos”. Finalmente, um estudo paramétrico foi feito de forma a avaliar a influências das variáveis de projecto no desempenho geral da turbina.

Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Diagnóstico Assistido por Computador)

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Diffuse liver disease classification from ultrasound surface characterization, clinical and laboratorial data

In this work liver contour is semi-automatically segmented and quantified in order to help the identification and diagnosis of diffuse liver disease. The features extracted from the liver contour are jointly used with clinical and laboratorial data in the staging process. The classification results of a support vector machine, a Bayesian and a k-nearest neighbor classifier are compared. A population of 88 patients at five different stages of diffuse liver disease and a leave-one-out cross-validation strategy are used in the classification process. The best results are obtained using the k-nearest neighbor classifier, with an overall accuracy of 80.68%. The good performance of the proposed method shows a reliable indicator that can improve the information in the staging of diffuse liver disease.

STIR, SPIR and SPAIR techniques in magnetic resonance of the breast: a comparative study

The amount of fat is a component that complicates the clinical evaluation and the differential diagnostic between benign and malign lesions in the breast MRI examinations. To overcome this problem, an effective erasing of the fat signal over the images acquisition process, is essentials. This study aims to compare three fat suppression techniques (STIR, SPIR, SPAIR) in the MR images of the breast and to evaluate the best image quality regarding its clinical usefulness. To mimic breast women, a breast phantom was constructed. First the exterior contour and, in second time, its content which was selected based on 7 samples with different components. Finally it was undergone to a MRI breast protocol with the three different fat saturation techniques. The examinations were performed on a 1.5 T MRI system (Philips®). A group of 5 experts evaluated 9 sequences, 3 of each with fat suppression techniques, in which the frequency offset and TI (Inversion Time) were the variables changed. This qualitative image analysis was performed according 4 parameters (saturation uniformity, saturation efficacy, detail of the anatomical structures and differentiation between the fibroglandular and adipose tissue), using a five-point Likert scale. The statistics analysis showed that anyone of the fat suppression techniques demonstrated significant differences compared to the others with (p > 0.05) and regarding each parameter independently. By Fleiss’ kappa coefficient there was a good agreement among observers P(e) = 0.68. When comparing STIR, SPIR and SPAIR techniques it was confirmed that all of them have advantages in the study of the breast MRI. For the studied parameters, the results through the Friedman Test showed that there are similar advantages applying anyone of these techniques.

Helical Twisting of Electrospun Liquid Crystalline Cellulose Micro- and Nanofibers

Helically twisted fibers can be produced by electrospinning liquid-crystalline cellulose solutions. Fiber topographies are studied by atomic force microscopy, scanning electron microscopy (see figure) and polarized optical microscopy. The fibers have a nearly universal pitch-to-diameter ratio and comprise both right- and left-handed helices.

Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Computer-Aided Diagnosis)

Os sistemas Computer-Aided Diagnosis (CAD) auxiliam a deteção e diferenciação de lesões benignas e malignas, aumentando a performance no diagnóstico do cancro da mama. As lesões da mama estão fortemente correlacionadas com a forma do contorno: lesões benignas apresentam contornos regulares, enquanto as lesões malignas tendem a apresentar contornos irregulares. Desta forma, a utilização de medidas quantitativas, como a dimensão fractal (DF), pode ajudar na caracterização dos contornos regulares ou irregulares de uma lesão. O principal objetivo deste estudo é verificar se a utilização concomitante de 2 (ou mais) medidas de DF – uma tradicionalmente utilizada, a qual foi designada por “DF de contorno”; outra proposta por nós, designada por “DF de área” – e ainda 3 medidas obtidas a partir destas, por operações de dilatação/erosão e por normalização de uma das medidas anteriores, melhoram a capacidade de caracterização de acordo com a escala BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) e o tipo de lesão. As medidas de DF (DF contorno e DF área) foram calculadas através da aplicação do método box-counting, diretamente em imagens de lesões segmentadas e após a aplicação de um algoritmo de dilatação/erosão. A última medida baseia-se na diferença normalizada entre as duas medidas DF de área antes e após a aplicação do algoritmo de dilatação/erosão. Os resultados demonstram que a medida DF de contorno é uma ferramenta útil na diferenciação de lesões, de acordo com a escala BIRADS e o tipo de lesão; no entanto, em algumas situações, ocorrem alguns erros. O uso combinado desta medida com as quatro medidas propostas pode melhorar a classificação das lesões.

Principais dificuldades que os alunos de viola de arco apresentam quando ingressam no ensino superior português: relatório de estágio

A maioria dos instrumentistas de cordas friccionadas apresentam problemas ou dificuldades ao longo de toda a sua aprendizagem musical. Como professora e violetista, realizei este relatório de estágio com o intuito de pesquisar onde se focam a maioria desses problemas. Este relatório de estágio está dividido em duas diferentes secções, a primeira apresenta todo o trabalho pedagógico efectuado com três diferentes alunos, de diferentes níveis ao longo do ano lectivo de 2012/13 na Fundação Musical dos Amigos das Crianças (FMAC), e a segunda apresenta toda a investigação que realizei para concluir quais as principais dificuldades que os alunos de viola de arco apresentam quando ingressam no Ensino Superior. A investigação apresenta uma vasta pesquisa literária e o testemunho dos professores de várias instituições, como a Universidade do Minho, Escola Superior de Música e Artes de Espectáculo, Universidade de Aveiro, Escola Superior das Artes Aplicadas de Castelo Branco e Escola Superior de Música de Lisboa que ajudaram à profunda análise deste tema. Os resultados revelaram que os principais problemas apresentados nos estudantes de viola de arco são de origem técnica, ou seja, postura (posição do corpo, distribuição do peso correcto pelas pernas e escolha adequada do instrumento de acordo com a fisionomia do aluno); mão direita (pega correcta dos dedos no arco, distribuição de arco e contracção muscular); mão esquerda (posição do polegar, ombro e braço que afectam a afinação, flexibilidade, mudanças de posição e vibrato); influência da escolha do repertório por parte de um professor e autonomia do aluno.

Fractional order control on a wind turbine benchmark

This paper is about a hierarchical structure with an event-based supervisor in a higher level and a fractional-order proportional integral (FOPI) in a lower level applied to a wind turbine. The event-based supervisor analyzes the operation conditions to determine the state of the wind turbine. This controller operate in the full load region and the main objective is to capture maximum power generation while ensuring the performance and reliability required for a wind turbine to be integrated into an electric grid. The main contribution focus on the use of fractional-order proportional integral controller which benefits from the introduction of one more tuning parameter, the integral fractional-order, taking advantage over integer order proportional integral (PI) controller. Comparisons between fractional-order pitch control and a default proportional integral pitch controller applied to a wind turbine benchmark are given and simulation results by Matlab/Simulink are shown in order to prove the effectiveness of the proposed approach.

Fractional order control on a wind turbine benchmark

This paper is about a hierarchical structure with an event-based supervisor in a higher level and a fractional-order proportional integral (FOPI) in a lower level applied to a wind turbine. The event-based supervisor analyzes the operation conditions to determine the state of the wind turbine. This controller operate in the full load region and the main objective is to capture maximum power generation while ensuring the performance and reliability required for a wind turbine to be integrated into an electric grid. The main contribution focus on the use of fractional-order proportional integral controller which benefits from the introduction of one more tuning parameter, the integral fractional-order, taking advantage over integer order proportional integral (PI) controller. Comparisons between fractional-order pitch control and a default proportional integral pitch controller applied to a wind turbine benchmark are given and simulation results by Matlab/Simulink are shown in order to prove the effectiveness of the proposed approach.

Música tradicional na iniciação musical: uma proposta de ordem de aprendizagem: projecto de aplicação do método húngaro no ensino especializado da música

Este projecto de aplicação do Método Húngaro no Ensino Especializado da Música – “Música tradicional na Iniciação Musical: Uma proposta de ordem de aprendizagem” – foi previsto para funcionamento na turma de 1º ano de Iniciação Musical no Conservatório Regional de Setúbal. O Método Húngaro foi desenvolvido na década de 40 a partir do Conceito de Educação Musical de Kodály e foi já adaptado a muitos países, independentemente das características da sua música tradicional e dos sistemas de leitura utilizados por norma. Este projecto formulou uma proposta de ordem de aprendizagem dos nomes das notas através de repertório tradicional português. Esta ordem de aprendizagem é apenas numa fase inicial igual à sequência utilizada na Hungria, progredindo posteriormente para um contexto tonal. Foram realizados registos em formato vídeo da performance da turma do repertório tradicional recolhido para o 1º ano. Este é um projecto em continuidade, que terá aplicação prática nas próximas turmas de Iniciação Musical.

Relatório de estágio

Resumo I (Prática Pedagógica) - O Estágio do Ensino Especializado realizado no presente ano lectivo foi elaborado na Academia de Música de Lisboa em três turmas. Vários foram os desafios encontrados no decorrer do ano lectivo, como por exemplo a instabilidade das turmas, a falta do quadro na sala em algumas aulas e a pouca experiência anterior na área de docência. A realização deste estágio permitiu experimentar actividades e estratégias aprendidas nas disciplinas do mestrado e estimulou uma atitude de reflexão regular sobre as escolhas pedagógicas elaboradas e sobre a resposta dos alunos. Também o feedback dos professores da Unidade Curricular de Didáctica do Ensino Especializado foi essencial na consciencialização de aspectos que teriam que ser mudados na minha abordagem do ensino: fazer actividades mais formativas e menos avaliativas, dar mais feedback, não avançar para outro nível enquanto uma tarefa ainda não estiver consolidada, não modificar as instruções tão rapidamente, ter cuidado com a apresentação visual das células rítmicas e pensar em soluções para quando os alunos estão cansados. Foi também importante reflectir sobre os planos de aula realizados ao longo do ano e sobre o que não seria realizado da mesma forma, nomeadamente na introdução de células rítmicas, introdução de funções harmónicas e cadências. Durante este ano foi feito um esforço para melhorar estes aspectos, no entanto ainda não foi possível implementar todas as mudanças. De qualquer modo, esta reflexão é um bom ponto de partida para o planeamento do próximo ano e um exemplo da atitude que deve acompanhar-me durante toda a minha actividade enquanto docente.

Performance assessment of a wind energy conversion system using a hierarchical controller structure

This paper deals with a hierarchical structure composed by an event-based supervisor in a higher level and two distinct proportional integral (PI) controllers in a lower level. The controllers are applied to a variable speed wind energy conversion system with doubly-fed induction generator, namely, the fuzzy PI control and the fractional-order PI control. The event-based supervisor analyses the operation state of the wind energy conversion system among four possible operational states: park, start-up, generating or brake and sends the operation state to the controllers in the lower level. In start-up state, the controllers only act on electric torque while pitch angle is equal to zero. In generating state, the controllers must act on the pitch angle of the blades in order to maintain the electric power around the nominal value, thus ensuring that the safety conditions required for integration in the electric grid are met. Comparisons between fuzzy PI and fractional-order PI pitch controllers applied to a wind turbine benchmark model are given and simulation results by Matlab/Simulink are shown. From the results regarding the closed loop point of view, fuzzy PI controller allows a smoother response at the expense of larger number of variations of the pitch angle, implying frequent switches between operational states. On the other hand fractional-order PI controller allows an oscillatory response with less control effort, reducing switches between operational states. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.