Estratégias de controle de ordem fracionária aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência

Neste trabalho é proposta uma nova metodologia de projeto de estabilizadores de sistemas de potência baseada em teoria de sistemas de ordem fracionária (ESP-OF). A estratégia é baseada em uma generalização do projeto de compensadores do tipo rede avançoatraso (lead-lag) para o domínio de funções de transferência de ordem fracionária. Uma nova variável de projeto, a qual define a ordem da dinâmica fracionária do controlador, é sintonizada para se obter um compromisso entre um bom desempenho no amortecimento do modo eletromecânico dominante e uma robustez ampliada do ESP-OF. O desempenho do ESP-OF foi avaliado experimentalmente, em um sistema de potência em escala reduzida, localizado no Laboratório de Sistemas de Potência da Universidade Federal do Pará. A referida planta de teste apresenta uma estrutura típica do tipo gerador síncrono conectado a um barramento infinito e exibe um modo dominante de oscilação eletromecânica, de amortecimento extremamente reduzido, cujo valor da frequência natural é em torno de 1,2 Hz. O ESP-OF foi então projetado para ampliar o amortecimento relativo desse modo alvo, para toda a faixa de operação admissível. Para fins de implementação prática, primeiramente foram realizados testes experimentais para a identificação de um modelo nominal da planta, sob a forma de uma função de transferência pulsada, para uso na fase de projeto. O modelo obtido experimentalmente foi então validado e posteriormente utilizado tanto para o projeto do ESP-OF quanto para o projeto de um ESP convencional (utilizado para fins de comparação de desempenho). As leis de controle amortecedor do ESP-OF foram calculadas, convertidas para a forma de equações a diferenças e, subsequentemente, embarcadas em sistema digital baseado em microcontrolador DSPIC. Diversos testes de resposta ao impulso foram realizadas sob diferentes condições operacionais. As respectivas respostas dinâmicas dos sinais de saída da planta (desvio de potencia ativa) e do esforço de controle foram registradas para fins de análise. Os resultados experimentais mostraram que o ESP fracionário apresentou um desemprenho dinâmico e robustez similar em comparação com o desempenho obtido por um ESP convencional, para toda a faixa de operação investigada.

Recomposição de reserva legal na região do tapajós: identificação de espécies e sistemas silviculturais

Esta pesquisa teve por objetivo identificar as espécies potenciais e arranjos e/ou sistemas silviculturais, que associados à vegetação espontânea, garantam características viáveis à recomposição de Reserva Legal na região do Tapajós. Foram implantados três sistemas silviculturais: 1) Plantio de árvores em canteiro de 36 plantas por espécie, em blocos ao acaso, 32 espécies que são os tratamentos, cinco repetições, espaçamento 1,5 x 1,5. 2) Plantio em One Tree Plot - OTP, em blocos ao acaso, 29 espécies como tratamentos, 12 repetições, espaçamento 3 x 3. 3) Plantio em sistema silviagrícola, onde utilizou-se o Sistema Taungya, espaçamento 7 x 7. Foi realizada a caracterização da composição florística, diversidade e similaridade da vegetação espontânea; avaliados a sobrevivência e o crescimento das espécies florestais; e produtividade da vegetação espontânea e das espécies florestais plantadas. Em toda a área estudada, foram identificados 1597 indivíduos pertencentes a 137 espécies, 98 gêneros e 40 famílias. O Índice de Shannon - Weaver encontrado foi de 3,75 para Canteiro, 3,72 para Silviagrícola e 3,56 para OTP. A similaridade pelo Índice de Sorensen encontrada foi: 65,52% entre Canteiro e OTP, 63,58% entre Canteiro e Silviagrícola e 50,31% entre OTP e Silviagrícola. Levando em consideração a taxa de sobrevivência e as médias de crescimento em DAP e altura total, a ordem decrescente de importância dos sistemas silviculturais estudados foi a seguinte: OTP 76 > OTP 75 > Canteiro 76 > Canteiro 75. Para efeitos de exploração na Área de Reserva Legal, considerando a produtividade dos indivíduos com DAP > 0,45m, a ordem de importância decrescente dos sistemas silviculturais é a seguinte: OTP > Canteiro > Silviagrícola. Como não houve diferenças estatisticamente significativas entre os Índices de Shannon – Weaver encontrados para a vegetação espontânea dos três sistemas silviculturais analisados, e levando em consideração a produtividade dos indivíduos com DAP > 0,45m, o sistema OTP seria o mais indicado para a recomposição de Reserva Legal especificamente sob o ponto de vista florestal e o sistema Silviagrícola, embora com menor produtividade florestal, poderia ser indicado à pequenos produtores por ser associado a cultivos agrícolas. Os resultados do estudo evidenciam que cerca de 40 anos após o plantio de espécies florestais nos referidos sistemas silviculturais é possível obter alta diversidade na composição florística sob estes plantios, recuperando a função ecológica e produtiva da área.

Identificação de áreas preferenciais para uso de espécies florestais potenciais em sistemas agroflorestais no Arco Verde Paraense

O desmatamento é um processo evidente na Amazônia oriundo da ação antrópica predatória dos recursos naturais. A extração madeireira e a agropecuária são as principais atividades que tem promovido a destruição da floresta no Arco do desmatamento. Entretanto, o reflorestamento tem sido o foco de políticas públicas que o Governo tem desenvolvido por meio do Programa Arco Verde. No Pará este projeto está sendo aplicado em 16 municípios que integram as áreas críticas de desmatamento devido às pressões antrópicas exercidas. Nesse contexto, os sistemas agroflorestais tem sido uma das alternativas para reflorestamento dessas áreas. Neste trabalho objetivou-se a identificação de áreas preferenciais para plantio de 15 espécies florestais potenciais para uso em sistema agroflorestais. A partir do mapeamento da ocorrência das espécies florestais selecionadas, e do cruzamento de dados geográficos de tipologia climática e deficiência hídrica, identificou-se 24 zonas bioclimáticas no Arco Verde paraense. Os resultados para o plantio das espécies florestais em áreas preferenciais foram: J. copaia, T. serratifolia e B. excelsa são potenciais para serem plantadas em 100% do Arco Verde Paraense; C. pentandra, H. courbaril, S. morototoni e T. vulgaris são indicadas para serem plantadas em 98% da área alvo; C. odorata, C. goeldiana, D. odorata, S. macrophylla são indicadas para serem inseridas em 75% do Arco Verde paraense; C. guianensis, S. parahyba var. amazonicum, B. guianensis e V. maxima em 60% da área estudada. Em suma, é necessário se intensificar estudos em espécies florestais que são indicadas para as áreas preferenciais mais abrangentes.

Aplicação de sistemas neuro-fuzzy e espectrometria no infravermelho próximo para a identificação em tempo real do teor de nitrogênio foliar em cana-de-açúcar

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Identificação de forças de excitação em sistemas rotativos utilizando funções ortogonais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Irrigação de baixo custo em sistemas de pastejo rotacionado

Pós-graduação em Agronomia (Irrigação e Drenagem) - FCA

Identificação de parâmetros em sistemas rotativos utilizando funções de otimização e observadores de estado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Introdução à identificação de sistemas utilizando o System Identification Toolbox do MATLAB em conjunto com o Arduino para o laboratório de controle linear

The education designed and planned in a clear and objective manner is of paramount importance for universities to prepare competent professionals for the labor market, and above all can serve the population with an efficient work. Specifically, in relation to engineering, conducting classes in the laboratories it is very important for the application of theory and development of the practical part of the student. The planning and preparation of laboratories, as well as laboratory equipment and activities should be developed in a succinct and clear way, showing to students how to apply in practice what has been learned in theory and often shows them why and where it can be used when they become engineers. This work uses the MATLAB together with the System Identification Toolbox and Arduino for the identification of linear systems in Linear Control Lab. MATLAB is a widely used program in the engineering area for numerical computation, signal processing, graphing, system identification, among other functions. Thus the introduction to MATLAB and consequently the identification of systems using the System Identification Toolbox becomes relevant in the formation of students to thereafter when necessary to identify a system the base and the concept has been seen. For this procedure the open source platform Arduino was used as a data acquisition board being the same also introduced to the student, offering them a range of software and hardware for learning, giving you every day more luggage to their training

Introdução à identificação de sistemas utilizando o System Identification Toolbox do MATLAB em conjunto com o Arduino para o laboratório de controle linear

The education designed and planned in a clear and objective manner is of paramount importance for universities to prepare competent professionals for the labor market, and above all can serve the population with an efficient work. Specifically, in relation to engineering, conducting classes in the laboratories it is very important for the application of theory and development of the practical part of the student. The planning and preparation of laboratories, as well as laboratory equipment and activities should be developed in a succinct and clear way, showing to students how to apply in practice what has been learned in theory and often shows them why and where it can be used when they become engineers. This work uses the MATLAB together with the System Identification Toolbox and Arduino for the identification of linear systems in Linear Control Lab. MATLAB is a widely used program in the engineering area for numerical computation, signal processing, graphing, system identification, among other functions. Thus the introduction to MATLAB and consequently the identification of systems using the System Identification Toolbox becomes relevant in the formation of students to thereafter when necessary to identify a system the base and the concept has been seen. For this procedure the open source platform Arduino was used as a data acquisition board being the same also introduced to the student, offering them a range of software and hardware for learning, giving you every day more luggage to their training

Os sistemas de identificação veicular, em especial o reconhecimento automático de placas

Assunto bastante abordado quando se trata de Sistemas Inteligentes de Transportes (ITS), a identificação veicular - utilizada em grande parte das aplicações de ITS deve ser entendida como um conjunto de recursos de hardware, software e telecomunicações, que interagem para atingir, do ponto de vista funcional, o objetivo de, conseguir extrair e transmitir, digitalmente, a identidade de um veículo. É feita tanto por sistemas que transmitem e recebem uma identidade digital quanto por sistemas que, instalados na infraestrutura da via, são capazes de reconhecer a placa dos veículos circulantes. Quando se trata da identificação automática por meio do reconhecimento da placa veicular, os estudos têm se concentrado sobremaneira nas tecnologias de processamento de imagens, não abordando - em sua maioria - uma visão sistêmica, necessária para compreender de maneira mais abrangente todas as variáveis que podem interferir na eficácia da identificação. Com o objetivo de contribuir para melhor entender e utilizar os sistemas de reconhecimento automático de placas veiculares, este trabalho propõe um modelo sistêmico, em camadas, para representar seus componentes. Associada a esse modelo, propõe uma classificação para os diversos tipos de falhas que podem prejudicar seu desempenho. Uma análise desenvolvida com resultados obtidos em testes realizados em campo com sistemas de identificação de placas voltados à fiscalização de veículos aponta resultados relevantes e limitações para obter correlações entre variáveis, em função dos diversos fatores que podem influenciar os resultados. Algumas entrevistas realizadas apontam os tipos de falhas que ocorrem com mais frequência durante a operação desses sistemas. Finalmente, este trabalho propõe futuros estudos e apresenta um glossário de termos, que poderá ser útil a novos pesquisadores.

Identificação de sistemas para o estudo de controle motor.

Qualquer tarefa motora ativa se dá pela ativação de uma população de unidades motoras. Porém, devido a diversas dificuldades, tanto técnicas quanto éticas, não é possível medir a entrada sináptica dos motoneurônios em humanos. Por essas razões, o uso de modelos computacionais realistas de um núcleo de motoneurônios e as suas respectivas fibras musculares tem um importante papel no estudo do controle humano dos músculos. Entretanto, tais modelos são complexos e uma análise matemática é difícil. Neste texto é apresentada uma abordagem baseada em identificação de sistemas de um modelo realista de um núcleo de unidades motoras, com o objetivo de obter um modelo mais simples capaz de representar a transdução das entradas do núcleo de unidades motoras na força do músculo associado ao núcleo. A identificação de sistemas foi baseada em um algoritmo de mínimos quadrados ortogonal para achar um modelo NARMAX, sendo que a entrada considerada foi a condutância sináptica excitatória dendrítica total dos motoneurônios e a saída foi a força dos músculos produzida pelo núcleo de unidades motoras. O modelo identificado reproduziu o comportamento médio da saída do modelo computacional realista, mesmo para pares de sinal de entrada-saída não usados durante o processo de identificação do modelo, como sinais de força muscular modulados senoidalmente. Funções de resposta em frequência generalizada do núcleo de motoneurônios foram obtidas do modelo NARMAX, e levaram a que se inferisse que oscilações corticais na banda-beta (20 Hz) podem influenciar no controle da geração de força pela medula espinhal, comportamento do núcleo de motoneurônios até então desconhecido.

Estudo e implementação de sinais de excitação aplicados em identificação de sistemas multivariáveis.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação.

Algoritmo papílio como método de proteção de templates para aumentar a segurança em sistemas de identificação biométricos

There are authentication models which use passwords, keys, personal identifiers (cards, tags etc) to authenticate a particular user in the authentication/identification process. However, there are other systems that can use biometric data, such as signature, fingerprint, voice, etc., to authenticate an individual in a system. In another hand, the storage of biometric can bring some risks such as consistency and protection problems for these data. According to this problem, it is necessary to protect these biometric databases to ensure the integrity and reliability of the system. In this case, there are models for security/authentication biometric identification, for example, models and Fuzzy Vault and Fuzzy Commitment systems. Currently, these models are mostly used in the cases for protection of biometric data, but they have fragile elements in the protection process. Therefore, increasing the level of security of these methods through changes in the structure, or even by inserting new layers of protection is one of the goals of this thesis. In other words, this work proposes the simultaneous use of encryption (Encryption Algorithm Papilio) with protection models templates (Fuzzy Vault and Fuzzy Commitment) in identification systems based on biometric. The objective of this work is to improve two aspects in Biometric systems: safety and accuracy. Furthermore, it is necessary to maintain a reasonable level of efficiency of this data through the use of more elaborate classification structures, known as committees. Therefore, we intend to propose a model of a safer biometric identification systems for identification.

Algoritmo modificado de PSO matricial aplicado a identificação de sistemas com análise de convergência

Recentemente diversas técnicas de computação evolucionárias têm sido utilizadas em áreas como estimação de parâmetros de processos dinâmicos lineares e não lineares ou até sujeitos a incertezas. Isso motiva a utilização de algoritmos como o otimizador por nuvem de partículas (PSO) nas referidas áreas do conhecimento. Porém, pouco se sabe sobre a convergência desse algoritmo e, principalmente, as análises e estudos realizados têm se concentrado em resultados experimentais. Por isso, é objetivo deste trabalho propor uma nova estrutura para o PSO que permita analisar melhor a convergência do algoritmo de forma analítica. Para isso, o PSO é reestruturado para assumir uma forma matricial e reformulado como um sistema linear por partes. As partes serão analisadas de forma separada e será proposta a inserção de um fator de esquecimento que garante que a parte mais significativa deste sistema possua autovalores dentro do círculo de raio unitário. Também será realizada a análise da convergência do algoritmo como um todo, utilizando um critério de convergência quase certa, aplicável a sistemas chaveados. Na sequência, serão realizados testes experimentais de maneira a verificar o comportamento dos autovalores após a inserção do fator de esquecimento. Posteriormente, os algoritmos de identificação de parâmetros tradicionais serão combinados com o PSO matricial, de maneira a tornar os resultados da identificação tão bons ou melhores que a identificação apenas com o PSO ou, apenas com os algoritmos tradicionais. Os resultados mostram a convergência das partículas em uma região delimitada e que as funções obtidas após a combinação do algoritmo PSO matricial com os algoritmos convencionais, apresentam maior generalização para o sistema apresentado. As conclusões a que se chega é que a hibridização, apesar de limitar a busca por uma partícula mais apta do PSO, permite um desempenho mínimo para o algoritmo e ainda possibilita melhorar o resultado obtido com os algoritmos tradicionais, permitindo a representação do sistema aproximado em quantidades maiores de frequências.

Critério de correntropia no treinamento de redes fuzzy wavelet neural networks para identificação de sistemas dinâmicos não lineares

The great interest in nonlinear system identification is mainly due to the fact that a large amount of real systems are complex and need to have their nonlinearities considered so that their models can be successfully used in applications of control, prediction, inference, among others. This work evaluates the application of Fuzzy Wavelet Neural Networks (FWNN) to identify nonlinear dynamical systems subjected to noise and outliers. Generally, these elements cause negative effects on the identification procedure, resulting in erroneous interpretations regarding the dynamical behavior of the system. The FWNN combines in a single structure the ability to deal with uncertainties of fuzzy logic, the multiresolution characteristics of wavelet theory and learning and generalization abilities of the artificial neural networks. Usually, the learning procedure of these neural networks is realized by a gradient based method, which uses the mean squared error as its cost function. This work proposes the replacement of this traditional function by an Information Theoretic Learning similarity measure, called correntropy. With the use of this similarity measure, higher order statistics can be considered during the FWNN training process. For this reason, this measure is more suitable for non-Gaussian error distributions and makes the training less sensitive to the presence of outliers. In order to evaluate this replacement, FWNN models are obtained in two identification case studies: a real nonlinear system, consisting of a multisection tank, and a simulated system based on a model of the human knee joint. The results demonstrate that the application of correntropy as the error backpropagation algorithm cost function makes the identification procedure using FWNN models more robust to outliers. However, this is only achieved if the gaussian kernel width of correntropy is properly adjusted.