A search for invariant relative satellite motion

This report presents the canonical Hamiltonian formulation of relative satellite motion. The unperturbed Hamiltonian model is shown to be equivalent to the well known Hill-Clohessy-Wilshire (HCW) linear formulation. The in°uence of perturbations of the nonlinear Gravitational potential and the oblateness of the Earth; J2 perturbations are also modelled within the Hamiltonian formulation. The modelling incorporates eccentricity of the reference orbit. The corresponding Hamiltonian vector ¯elds are computed and implemented in Simulink. A numerical method is presented aimed at locating periodic or quasi-periodic relative satellite motion. The numerical method outlined in this paper is applied to the Hamiltonian system. Although the orbits considered here are weakly unstable at best, in the case of eccentricity only, the method ¯nds exact periodic orbits. When other perturbations such as nonlinear gravitational terms are added, drift is signicantly reduced and in the case of the J2 perturbation with and without the nonlinear gravitational potential term, bounded quasi-periodic solutions are found. Advantages of using Newton's method to search for periodic or quasi-periodic relative satellite motion include simplicity of implementation, repeatability of solutions due to its non-random nature, and fast convergence. Given that the use of bounded or drifting trajectories as control references carries practical di±culties over long-term missions, Principal Component Analysis (PCA) is applied to the quasi-periodic or slowly drifting trajectories to help provide a closed reference trajectory for the implementation of closed loop control. In order to evaluate the e®ect of the quality of the model used to generate the periodic reference trajectory, a study involving closed loop control of a simulated master/follower formation was performed. 2 The results of the closed loop control study indicate that the quality of the model employed for generating the reference trajectory used for control purposes has an important in°uence on the resulting amount of fuel required to track the reference trajectory. The model used to generate LQR controller gains also has an e®ect on the e±ciency of the controller.

Domestic cold pitched roofs in the UK: - effect of using different roof insulation materials

The type and thickness of insulation on the topside horizontal of cold pitched roofs has a significant role in controlling air movement, energy conservation and moisture transfer reduction through the ceiling to the loft (roof void) space. To investigate its importance, a numerical model using a HAM software package on a Matlab platform with a Simulink simulation tool has been developed using insitu measurements of airflows from the dwelling space through the ceiling to the loft of three houses of different configurations and loft space. Considering typical UK roof underlay (i.e. bituminous felt and a vapour permeable underlay), insitu measurements of the 3 houses were tested using a calibrated passive sampling technique. Using the measured airflows, the effect of air movement on three types of roof insulation (i.e. fibreglass, cellulose and foam) was modelled to investigate associated energy losses and moisture transport. The thickness of the insulation materials were varied but the ceiling airtightness and eaves gap size were kept constant. These instances were considered in order to visualize the effects of the changing parameters. In addition, two different roof underlays of varying resistances were considered and compared to access the influence of the underlay, if any, on energy conservation. The comparison of these insulation materials in relation to the other parameters showed that the type of insulation material and thickness, contributes significantly to energy conservation and moisture transfer reduction through the roof and hence of the building as a whole.

Effect of "Pollutants" on the functionality of breathable roofing membranes in a bat roost

The performance of breathable roofing membranes (BRM’s) in buildings where bats roost have been investigated using experimental measurements and numerical simulations. Measurement techniques as outlined in BS EN ISO 12572 of membranes from manufacturers in its pure state and those that have been contaminated with bat urine, faeces and natural oils transmitted via fur because they were found in bat roost have been tested for their permeability functions. The findings from this shows that there are significant differences between the functionality of the pure samples compared to the contaminated samples, with an average of about 20-30% reduction in functionality. This paper integrates modelling techniques using a heat, air and mass software with a simulink interface on a Matlab platform to investigate the moisture transfer properties of the BRMs. The simulation results demonstrate high level of condensation formation when the BRM is contaminated as compared to when it is not.

Optimal power management strategy for energy storage with stochastic loads

In this paper, a power management strategy (PMS) has been developed for the control of energy storage in a system subjected to loads of random duration. The PMS minimises the costs associated with the energy consumption of specific systems powered by a primary energy source and equipped with energy storage, under the assumption that the statistical distribution of load durations is known. By including the variability of the load in the cost function, it was possible to define the optimality criteria for the power flow of the storage. Numerical calculations have been performed obtaining the control strategies associated with the global minimum in energy costs, for a wide range of initial conditions of the system. The results of the calculations have been tested on a MATLAB/Simulink model of a rubber tyre gantry (RTG) crane equipped with a flywheel energy storage system (FESS) and subjected to a test cycle, which corresponds to the real operation of a crane in the Port of Felixstowe. The results of the model show increased energy savings and reduced peak power demand with respect to existing control strategies, indicating considerable potential savings for port operators in terms of energy and maintenance costs.

Intelligent Algorithms for a Hybrid FuelCell/Photovoltaic Standalone System : Simulation Of Hybrid FuelCell/Photovoltaic Standalone System

The Intelligent Algorithm is designed for theusing a Battery source. The main function is to automate the Hybrid System through anintelligent Algorithm so that it takes the decision according to the environmental conditionsfor utilizing the Photovoltaic/Solar Energy and in the absence of this, Fuel Cell energy isused. To enhance the performance of the Fuel Cell and Photovoltaic Cell we used batterybank which acts like a buffer and supply the current continuous to the load. To develop the main System whlogic based controller was used. Fuzzy Logic based controller used to develop this system,because they are chosen to be feasible for both controlling the decision process and predictingthe availability of the available energy on the basis of current Photovoltaic and Battery conditions. The Intelligent Algorithm is designed to optimize the performance of the system and to selectthe best available energy source(s) in regard of the input parameters. The enhance function of these Intelligent Controller is to predict the use of available energy resources and turn on thatparticular source for efficient energy utilization. A fuzzy controller was chosen to take thedecisions for the efficient energy utilization from the given resources. The fuzzy logic basedcontroller is designed in the Matlab-Simulink environment. Initially, the fuzzy based ruleswere built. Then MATLAB based simulation system was designed and implemented. Thenthis whole proposed model is simulated and tested for the accuracy of design and performanceof the system.

Otimização de reator sequencial em batelada para remoção biológica de carbono e nitrogênio com controle difuso

Este trabalho apresenta a estruturação de um controle difuso, para a automação de reatores seqüenciais em batelada (RSB), no processo de remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio em águas residuárias domésticas, utilizando parâmetros inferenciais, pH, ORP e OD, em que as variáveis controladas foram as durações da reação aeróbia e anóxica. O experimento, em escala de bancada, foi composto por dois reatores seqüenciais em batelada, com volume útil de 10 L, no qual 6 L foram alimentados com esgoto sintético, com características de águas residuárias domésticas. O sistema de automação foi composto pela aquisição dos parâmetros eletroquímicos (pH, ORP e OD), pelos dispositivos atuadores (motor-bomba, aerador e misturador) e pelo controle predeterminado ou difuso. O programa computacional CONRSB foi implementado de forma a integrar o sistema de automação. O controle difuso, implementado, foi constituído pelos procedimentos de: normalização, nebulização, inferência, desnebulização e desnormalização. As variáveis de entrada para o controlador difuso, durante o período: aeróbio foram dpH/dt, dpH/d(t-1) e o pH ; anóxico foram dORP/dt, dORP/d(t-1) e o OD. As normalizações das variáveis crisps estiveram no universo de [0,1], utilizando os valores extremos do ciclo 1 ao 70. Nas nebulizações foram aplicadas as funções triangulares, as quais representaram, satisfatoriamente, as indeterminações dos parâmetros. A inferência nebulosa foi por meio da base heurística (regras), com amparo do especialista, em que a implicação de Mamdani foi aplicada Nessas implicações foram utilizadas dezoito expressões simbólicas para cada período, aeróbio e anóxico. O método de desnebulização foi pelo centro de áreas, que se mostrou eficaz em termos de tempo de processamento. Para a sintonia do controlador difuso empregou-se o programa computacional MATLAB, juntamente com as rotinas Fuzzy logic toolbox e o Simulink. O intervalo entre as atuações do controlador difuso, ficou estabelecido em 5,0 minutos, sendo obtido por meio de tentativas. A operação do RSB 1, durante os 85 ciclos, apresentou a relação média DBO/NTK de 4,67 mg DBO/mg N, sendo classificado como processo combinado de oxidação de carbono e nitrificação. A relação média alimento/microrganismo foi de 0,11 kg DBO/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia, enquadrando nos sistemas com aeração prolongada, em que a idade do lodo correspondeu aos 29 dias. O índice volumétrico do lodo médio foi de 117,5 mL/g, indicando uma sedimentação com características médias. As eficiências médias no processo de remoção de carbono e nitrogênio foram de 90,8% (como DQO) e 49,8%, respectivamente. As taxas específicas médias diárias, no processo de nitrificação e desnitrificação, foram de 24,2g N/kg SSVLM.dia e 15,5 g N/kg SSVLM.dia, respectivamente. O monitoramento, em tempo real, do pH, ORP e OD, mostrou ter um grande potencial no controle dos processos biológicos, em que o pH foi mais representativo no período aeróbio, sendo o ORP e o OD mais representativos no período anóxico. A operação do RSB com o controlador difuso, apresentou do ciclo 71 ao 85, as eficiências médias no processo de remoção de carbono e nitrogênio de 96,4% (como DQO) e 76,4%, respectivamente. A duração média do período aeróbio foi de 162,1 minutos, que tomando como referência o período máximo de 200,0 minutos, reduziu em 19,0% esses períodos. A duração média do período anóxico foi de 164,4 minutos, que tomando como referência o período máximo de 290,0 minutos, apresentou uma redução de 43,3%, mostrando a atuação robusta do controlador difuso. O estudo do perfil temporal, no ciclo 85, mostrou a atuação efetiva do controlador difuso, associada aos pontos de controle nos processos biológicos do RSB. Nesse ciclo, as taxas máximas específicas de nitrificação e desnitrificação observadas, foram de 32,7 g NO3 --N/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia e 43,2g NO3 --N/kg sólido suspenso volátil no licor misto.dia, respectivamente.

Controle e otimização estrutural de manipuladores robóticos com elementos flexíveis usando atuadores e sensores piezelétricos

Neste trabalho, apresenta-se um modelo de controle de trajetória para um manipulador constituído de um braço rígido e um braco flexível com atuadores e sensores piezelétricos. O modelo dinamico do manipuladoré obtido de forma fechada através da formulacao de Lagrange. O controle utiliza o torque dos motores como atuadores para controle da trajetoria do angulo das juntas e tambem para atenuar as vibracoes de baixa frequencia induzidas nos bracos do manipulador. A estabilidade deste controlador e garantida pela teoria de estabilidade de Lyapunov. Atuadores e sensores piezeletricos sao adicionados para controlar as vibracoes de alta freqüência nâo alcançadas pelo controle de torque dos motores. Além disso,é proposta uma otimização simultânea do controle e dos atuadores e sensores através da maximização da energia dissipada no sistema, devido µa ação do controle, com otimização do posicionamento e tamanho dos atuadores e sensores piezelétricos na estrutura. Simulações são obtidas através do Matlab/Simulink paraverificar a eficiência do modelo de controle.

Simulação de um sistema aerogerador com controlo óptimo predictivo

Nesta dissertação de mestrado propõe-se simular um sistema para melhorar a qualidade da energia eléctrica produzida por um parque eólico, utilizando conversores multinível NPC costas com costas e controlo óptimo predictivo. Neste trabalho é feito o controlo da potência activa e reactiva que é fornecida à rede de energia eléctrica, a partir de um gerador eólico e é optimizada a forma de onda alternada e sinusoidal de tensão trifásica sem neutro, minimizando o tremor das correntes e a distorção harmónica total, contribuindo para melhorar a qualidade de energia da rede ou de sistemas de alimentação para aplicações críticas como são os sistemas de telecomunicações. Recorre-se ao Matlab/Simulink para simular e comparar os resultados obtidos no sistema de conversão de energia de um parque eólico com o conversor costas com costas com controlo óptimo predictivo com os resultados obtidos com o conversor costas com costas PWM, disponível na biblioteca do software de simulação.

Projeto de um protótipo de um veículo elétrico

Os veículos movidos com combustíveis fósseis são, hoje em dia, os veículos mais utilizados em transportes. Estes meios de transporte caracterizam-se pelo seu baixo rendimento e por serem poluentes, pelo que, nos últimos anos, tem havido um esforço em criar ou melhorar meios de transporte, através do aumento do seu rendimento e eliminando a emissão de poluentes. A utilização de máquinas elétricas como meio de locomoção é uma das soluções alternativas, uma vez que, estas apresentam um rendimento elevado e não emitem diretamente gases tóxicos, apesar das baterias serem uma das principais dificuldades, no que diz respeito à relação peso/densidade de energia. Por outro lado, as baterias, devido à sua capacidade de armazenamento de energia, podem ser utilizadas para armazenar energia da rede elétrica, contribuindo para uma melhor gestão, e também para armazenar num veículo elétrico a energia gerada em modo de travagem e que posteriormente pode ser utilizada para fazer mover o motor elétrico. Neste trabalho fez-se um projeto de um veículo elétrico (VE) e estudou-se o impacto da utilização em massa de veículos elétricos na gestão da rede de energia elétrica. A verificação experimental fez-se com um conversor DC/DC bidirecional com uma configuração em ponte H e com um conversor DC/DC redutor unidirecional. Utilizaram-se compensadores clássicos para, em malha fechada, regular o binário, a velocidade e a corrente, através de compensadores Proporcional Integrativo (PI) e Proporcional Integrativo Derivativo (PID). No desenvolvimento deste projeto, fez-se uma análise teórica, realizaram-se simulações na ferramenta MATLAB/Simulink onde foram criados modelos do veículo elétrico para verificar o seu comportamento, e seguidamente analisaram-se experimentalmente estes resultados. O controlo deste veículo foi feito com a utilização de microcontroladores de baixo custo, recorrendo a uma arquitetura de processamento distribuído/partilhado, constituindo esse estudo uma nova contribuição. Os resultados demonstraram que o rendimento dos veículos elétricos em média encontram-se nos 85-90 %, superior aos atuais 40% dos veículos a combustão interna, eliminando também a emissão de poluentes.

Estudo comparativo do desempenho de controladores robustos aplicados a um sistema de tanques acoplados.

Currently the uncertain system has attracted much academic community from the standpoint of scientific research and also practical applications. A series of mathematical approaches emerge in order to troubleshoot the uncertainties of real physical systems. In this context, the work presented here focuses on the application of control theory in a nonlinear dynamical system with parametric variations in order and robustness. We used as the practical application of this work, a system of tanks Quanser associates, in a configuration, whose mathematical model is represented by a second order system with input and output (SISO). The control system is performed by PID controllers, designed by various techniques, aiming to achieve robust performance and stability when subjected to parameter variations. Other controllers are designed with the intention of comparing the performance and robust stability of such systems. The results are obtained and compared from simulations in Matlab-simulink.

Uma implementação da análise de componentes independentes em plataforma de hardware reconfigurável

Blind Source Separation (BSS) refers to the problem of estimate original signals from observed linear mixtures with no knowledge about the sources or the mixing process. Independent Component Analysis (ICA) is a technique mainly applied to BSS problem and from the algorithms that implement this technique, FastICA is a high performance iterative algorithm of low computacional cost that uses nongaussianity measures based on high order statistics to estimate the original sources. The great number of applications where ICA has been found useful reects the need of the implementation of this technique in hardware and the natural paralelism of FastICA favors the implementation of this algorithm on digital hardware. This work proposes the implementation of FastICA on a reconfigurable hardware platform for the viability of it's use in blind source separation problems, more specifically in a hardware prototype embedded in a Field Programmable Gate Array (FPGA) board for the monitoring of beds in hospital environments. The implementations will be carried out by Simulink models and it's synthesizing will be done through the DSP Builder software from Altera Corporation.

Reconhecimento de padrões de falhas em motores trifásicos utilizando redes neurais

This work presents a diagnosis faults system (rotor, stator, and contamination) of three-phase induction motor through equivalent circuit parameters and using techniques patterns recognition. The technology fault diagnostics in engines are evolving and becoming increasingly important in the field of electrical machinery. The neural networks have the ability to classify non-linear relationships between signals through the patterns identification of signals related. It is carried out induction motor´s simulations through the program Matlab R & Simulink R , and produced some faults from modifications in the equivalent circuit parameters. A system is implemented with multiples classifying neural network two neural networks to receive these results and, after well-trained, to accomplish the identification of fault´s pattern

Um sistema para simular o comportamento de bancos trifásicos de reguladores de tensão usados em sistemas de distribuição de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Controle fuzzy espacialmente diferenciado para um sistema de irrigação

Traditional irrigation projects do not locally determine the water availability in the soil. Then, irregular irrigation cycles may occur: some with insufficient amount that leads to water deficit, other with excessive watering that causes lack of oxygen in plants. Due to the nonlinear nature of this problem and the multivariable context of irrigation processes, fuzzy logic is suggested to replace commercial ON-OFF irrigation system with predefined timing. Other limitation of commercial solutions is that irrigation processes either consider the different watering needs throughout plant growth cycles or the climate changes. In order to fulfill location based agricultural needs, it is indicated to monitor environmental data using wireless sensors connected to an intelligent control system. This is more evident in applications as precision agriculture. This work presents the theoretical and experimental development of a fuzzy system to implement a spatially differentiated control of an irrigation system, based on soil moisture measurement with wireless sensor nodes. The control system architecture is modular: a fuzzy supervisor determines the soil moisture set point of each sensor node area (according to the soil-plant set) and another fuzzy system, embedded in the sensor node, does the local control and actuates in the irrigation system. The fuzzy control system was simulated with SIMULINK® programming tool and was experimentally built embedded in mobile device SunSPOTTM operating in ZigBee. Controller models were designed and evaluated in different combinations of input variables and inference rules base

Projeto em FPGA de um controlador unificado para correção de fator de potência em retificadores boost bidirecionais monofásicos

The use of Field Programmable Gate Array (FPGA) for development of digital control strategies for power electronics applications has aroused a growing interest of many researchers. This interest is due to the great advantages offered by FPGA, which include: lower design effort, high performance and highly flexible prototyping. This work proposes the development and implementation of an unified one-cycle controller for boost CFP rectifier based on FPGA. This controller can be applied to a total of twelve converters, six inverters and six rectifiers defined by four single phase VSI topologies and three voltage modulation types. The topologies considered in this work are: full-bridge, interleaved full-bridge, half-bridge and interleaved half-bridge. While modulations are classified in bipolar voltage modulation (BVM), unipolar voltage modulation (UVM) and clamped voltage modulation (CVM). The proposed project is developed and prototyped using tools Matlab/Simulink® together with the DSP Builder library provided by Altera®. The proposed controller was validated with simulation and experimental results