Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications

This paper presents evaluations among the most usual maximum power point tracking (MPPT) techniques, doing meaningful comparisons with respect to the amount of energy extracted from the photovoltaic (PV) panel [tracking factor (TF)] in relation to the available power, PV voltage ripple, dynamic response, and use of sensors. Using MatLab/Simulink and dSPACE platforms, a digitally controlled boost dc-dc converter was implemented and connected to an Agilent Solar Array E4350B simulator in order to verify the analytical procedures. The main experimental results are presented for conventional MPPT algorithms and improved MPPT algorithms named IC based on proportional-integral (PI) and perturb and observe based on PI. Moreover, the dynamic response and the TF are also evaluated using a user-friendly interface, which is capable of online program power profiles and computes the TF. Finally, a typical daily insulation is used in order to verify the experimental results for the main PV MPPT methods. © 2012 IEEE.

Estudo de vibrações eólicas em linhas de transmissão de energia elétrica de alta tensão

O crescente aumento da demanda de energia elétrica tem forçado o avanço tecnológico dos equipamentos responsáveis pelo transporte desta energia fazendo com que estes trabalhem sob tensões cada vez maiores, principalmente por razões econômicas. Mas este fato implica diretamente no incremento do diâmetro do condutor, o que acarreta elevação de seus custos, bem como das estruturas que devem suportá-lo. Para atender a esta necessidade sem aumentar o custo de projeto da linha de transmissão, surgiu a idéia de utilizar mais de um condutor por fase, montados paralelamente entre si a pequenas distâncias, o que é conseguido através da inserção de espaçadores montados a intervalos regulares ao longo dos vãos das linhas. Por outro lado, problemas mecânicos de ordem operacional das linhas podem ocorrer, como, por exemplo, a ruptura total ou parcial dos cabos e/ou espaçadores, proveniente de excitações dinâmicas devidas ao vento. Assim, este trabalho consiste no estudo do comportamento dinâmico de feixe de cabos de linhas aéreas de transmissão, através de um modelo de elementos finitos. O modelo reproduz o acoplamento dos cabos aos espaçadoresamortecedores da linha de transmissão e às estruturas de ancoragem, considerando o efeito de não-linearidade geométrica, decorrente dos grandes deslocamentos dos cabos, bem como a continuidade da linha, ou seja, os vãos adjacentes, que são representados por rigidez equivalente no modelo. O carregamento de vento é modelado através de um processo não deterministico a partir de suas propriedades estatísticas, tal que fica subdividido em duas partes: uma parte média, analisada de forma estática; e uma parte variável, analisada de forma dinâmica. Os resultados obtidos ao longo desse estudo mostram que a parcela variável do carregamento leva a uma resposta dinâmica do modelo que pode ser determinante no seu comportamento. Assim, o procedimento tradicional de assumir o carregamento do vento como uma excitação estática pode levar, em alguns casos a conseqüências desastrosas.

Efeitos do manto de intemperismo sobre anomalias eletromagnéticas provocadas por corpos tabulares inclinados: um estudo através de modelamento reduzido

Electromagnetic methods have been extensively applied in the prospecting of sulphide bodies and other conducting materials. The interpretation of e. m. data is based on the results obtained either with reduced scale or analytical modelling. In most models, the host rocks, the overburden as well as the halo of disseminated sulphides are considered highly resistive although in nature they are often weakly conductive. Presence of a well-developed conducting overburden in tropical and sub-tropical regions and a saline rich crustal layer in semi-arid regions have been found to modify significantly the e. m. anomalies in practice. Therefore, the parameters of the target, determined on the basis of simple models where the presence of the conducting environment is neglected, are found to be in considerable error. The effects of the overburden on the e. m. anomalies of a dipping tabular ore body were studied with reduced scale models for varying response parameters of both the overburden and the orebody, and also for different depths and dips of the target. The overburden and the orebody were represented by metallic sheets of varying thickness in the scale model developed in accordance with the law of electromagnetic similitude. The results of these investigations show that the overburden affects the anomaly by causing: a) phase rotation; b) amplitude reduction; c) base level displacement; d) reversion of the quadrature; and e) appearance of an extra peak in the quadrature in the case of low dipping models. The last two effects complicate the quantification of the anomalies but, on the other hand, provide a qualitative indication of the response parameters of both the ore body and the overburden. The results were assembled in the form of Argand diagrams and, finally, an interpretation scheme is suggested for the e. m. field data on the basis of these diagrams.

Efeitos do manto de intemperismo sobre anomalias “VLF” dos corpos tabulares inclinados

A utilização dos métodos indutivos de propagação E.M. na exploração mineral em regiões tropicais, apresenta grandes dificuldades devido a presença de uma camada superficial condutiva (manto de intemperismo) comumente encontrada nestas regiões. Na região Amazônica, o manto apresenta-se bastante desenvolvido e condutivo, e em regiões semi-áridas, pode-se formar uma fina crosta superficial de sal. Em conseqüência disto, a interpretação dos dados E.M. obtidos para modelos que não consideram uma cobertura condutiva levam a erros consideráveis. Objetivando-se estudar os efeitos do manto sobre anomalias VLF devidas a corpos tabulares inclinados em contato com o manto (manto ohmico), foi realizada uma série de experimentos através do modelamento analógico, considerando-se diferentes parâmetros de resposta para o manto e o corpo. O manto de intemperismo foi simulado por soluções de cloreto de amônia (NH₄Cl) dispostas horizontalmente e o corpo condutor por chapas de grafite colocadas em posições inclinadas verticalmente. Utilizou-se quatro corpos condutores e três mantos com diferentes espessuras e condutividades, simulando, desta forma, diversas situações geológicas. Os resultados são dados por simples situações dos corpos localizados em um meio não condutor (ar), onde os parâmetros variados são: profundidade do topo, condutividade e mergulho do corpo. Os efeitos da condutividade da cobertura são amplamente ilustrados e avaliados. Para a análise dos resultados, foi plotado um conjunto de curvas considerando-se os valores pico-a-pico das anomalias de "tilt angle" e de elipsidade. Os resultados foram sintetizados em um outro conjunto de curvas reunidas em diagramas de Argand. Estando ou não o manto presente, observou-se, tanto para o tilt angle quanto para a elipsidade, o efeito do aumento da profundidade é o de reduzir a magnitude pico-a-pico e a forma do pico da anomalia, fazendo com que este afaste-se do ponto de "cross-over". Para um condutor de mesma espessura, o aumento da condutividade causa um ligeiro aumento nas anomalias de tilt angle, e uma atenuação nas anomalias de elipsidade. O efeito geral na variação do mergulho do condutor é o de causar uma assimetria nos perfis de tilt angle e de elipsidade. O aumento da condutância do manto de intemperismo causa um acréscimo nas anomalias de elipsidade e uma ligeira diminuição nas anomalias de tilt angle; porém, a partir de um certo valor de condutância do manto (mantos mais condutivos) tanto as anomalias de tilt angle quanto as anomalias de elipsidade começam a atenuar. Há rotação de fase no sentido anti-horário, sendo mais intensa para grandes valores de número de indução do corpo. Na presença do manto, o corpo parece estar a uma profundidade inferior à verdadeira e a ser menos condutivo.

Um estudo da estabilidade mecânica de poços a partir de perfis geofísicos em formações pouco consolidadas

A análise da estabilidade mecânica de um poço pode ser feita a partir do cálculo de parâmetros elásticos da formação utilizando a densidade do meio e as velocidades de propagação das ondas compressional e cisalhante na formação rochosa, os quais podem ser obtidos de perfis geofísicos do poço. Em formações sedimentares pouco consolidadas as ferramentas de perfilagem sônica convencionais (monopolares) não conseguem registrar com acuidade a velocidade da onda cisalhante pois a primeira chegada dessa onda é camuflada pela chegada de outras ondas que podem ser mais rápidas que a onda cisalhante num poço perfurado neste tipo de formação. Medidas das velocidades sônicas são feitas em laboratório em amostras da formação, sob condições semelhantes às condições in situ, servindo como ajuste das velocidades registradas no poço pela ferramenta de perfilagem sônica. Para a análise de estabilidade da formação, perfis auxiliares são necessários como o perfil de porosidade, saturação de fluidos e perfis de composição mineralógica da formação rochosa. Exige-se ainda dados de testes de avaliação da formação e de condições do reservatório, mas que são comuns em poços de petróleo, como o teste de formação e os testes de pressurização do poço, tais como o teste de micro-fraturamento hidráulico ou o teste de absorção. A avaliação das tensões principais efetivas que atuam distante do poço, e que não são afetadas pela sua presença, é feita através da associação de um modelo de deformação elástica apropriado e o resultado do teste de pressurização disponível para o poço em estudo. Utilizando resultados clássicos da teoria da elasticidade geral pode-se calcular o campo de tensões modificado na vizinhança da parede do poço devido ao efeito da própria presença do poço ali perfurado e da diferença de pressão existente entre o interior do poço e a formação rochosa. A determinação das propriedades mecânicas da formação a partir das velocidades sônicas e a avaliação do campo de tensões assumindo um modelo elástico de deformação, supõem o meio rochoso no qual as ondas se propagam como elástico, homogêneo e isotrópico. Esta suposição representa a principal aproximação assumida pela metodologia descrita neste trabalho. De posse das propriedades mecânicas da formação e do campo de tensões que age na vizinhança do poço resta definir o critério segundo o qual a rocha sofre instabilidade mecânica quando submetida aquele campo de tensões. Isto permite determinar se, nas condições avaliadas do poço e da formação, haverá quebra da parede do poço por excesso de tensão e, se houver, qual a sua extensão. Assim o problema é como analisar o comportamento mecânico de um poço em uma formação pouco consolidada a partir de perfis geofísicos os quais podem ter problemas no registro das propriedades físicas do meio em formações deste tipo. A metodologia proposta é aplicada a dois intervalos de profundidade pertencentes a dois poços onde arenitos e folhelhos se intercalam e nos quais todos os dados necessários estão disponíveis. Os resultados obtidos mostram que, exceto quando outros mecanismos de quebra da parede do poço agem na formação, a metodologia proposta consegue com sucesso detectar zonas de ocorrência de instabilidade mecânica do poço provocadas por um campo de tensões que excede a resistência mecânica da formação.

Acionamento vetorial por controlador fuzzy modo deslizante de motor de indução

Este trabalho estuda a técnica de acionamento vetorial aplicado ao motor de indução trifásico (MIT), utilizando como estratégia de controle a combinação de controle fuzzy com controladores chaveados do tipo modo deslizante, em uma configuração aqui denominada de Controlador Fuzzy Modo Deslizante (FSMC – Do inglês: Fuzzy Sliding Mode Control). Um modelo dinâmico do MIT é desenvolvido em variáveis ‘d-q’ o que conduziu a um modelo eletromecânico em espaço de estados que exibe fortes não linearidades. A este modelo são aplicadas as condições de controle vetorial que permitem desacoplar o torque e o fluxo no MIT, de maneira que o seu comportamento dinâmico se assemelha àquele verificado em uma máquina de corrente contínua. Nesta condição, são implementados controladores do tipo proporcional e integral (PI) às malhas de controle de corrente e velocidade do motor, e são realizadas simulações computacionais para o rastreamento de velocidade e perturbação de carga, o que levam a resultados satisfatórios do ponto de vista dinâmico. Visando investigar o desempenho das estratégias não lineares nesta abordagem é apresentado o estudo da técnica de controle a estrutura chaveada do tipo modo deslizante. Um controlador modo deslizante convencional é implementado, onde se verifica que, a despeito do excelente desempenho dinâmico a ocorrência do fenômeno do “chettering” inviabiliza a aplicação desta estratégia em testes reais. Assim, é proposta a estratégia de controle FSMC, buscando associar o bom resultado dinâmico obtido com o controlador modo deslizante e a supressão do fenômeno do chettering, o que se atinge pela definição de uma camada de chaveamento do tipo Fuzzy. O controlador FSMC proposto é submetido aos mesmos testes computacionais que o controlador PI, conduzindo a resultados superiores a este último no transitório da resposta dinâmica, porém com a presença de erro em regime permanente. Para atacar este problema é implementada uma combinação Fuzzy das estratégias FSMC com a ação de controle PI, onde o primeiro busca atuar em regiões afastadas da superfície de chaveamento e o segundo busca introduzir o efeito da ação integral próximo à superfície. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da estratégia em acionamento de velocidade variável que exigem elevado desempenho dinâmico.

Modelamento eletromagnético analógico de corpos tabulares em contato e sem contato com o manto

Nas últimas três décadas os métodos eletromagnéticos vem se desenvolvendo satisfatoriamente em função da aplicabilidade na prospecção de corpos de sulfetos maciços. Em regiões de climas tropicais, normalmente o manto de intemperismo apresenta-se condutivo. E este, na maioria das vezes, não é levado em conta na prospecção eletromagnética, causando portanto erros consideráveis de interpretações. Neste trabalho consideramos o manto de intemperismo em contato e sem-contato com o corpo condutor. Com o objetivo de estudar os efeitos dos mantos sobre anomalias EM de corpos tabulares inclinados, foram feitos vários experimentos utilizando modelamento analógico em escala reduzida, admitindo-se diferentes parâmetros de resposta para o corpo e o manto. Para simular o corpo foram utilizadas placas de aço inoxidável com as dimensões suficientemente grande em relação ao espaçamento entre as bobinas, de tal modo que simulassem um semi-plano. Para simular o manto foi utilizado uma solução de sais, sendo que para o caso de manto-condutivo, o corpo foi colocado em contato galvânico com a solução. Para o manto-indutivo foi considerado sem-contato galvânico, de tal forma que o corpo e o manto fossem acoplados apenas indutivamente. Onde 1) o corpo foi colocado totalmente sem contato com o manto 2) o corpo foi revestido por uma película resistiva e colocado em contato com o manto. Com a presença de manto-indutivo, observamos que a amplitude dos perfis é levemente atenuada. Além disso, observamos na quadratura a reversão e o aparecimento de um pico-extra nas inclinações do corpo θ≤60º e nos valores de número de indução α_c≥78.16 e α_m≥0.5 respectivamente do corpo e do manto. E a rotação de fase se dava no sentido horário, sendo mais intensa para altos valores de número de indução do corpo. No manto-indutivo o corpo parece estar a uma profundidade maior que a verdadeira, e ser mais condutivo do que realmente é. Com manto-condutivo, observamos que as amplitudes dos perfis são ligeiramente acrescidos assim como, a rotação de fase se dava no sentido anti-horário sendo mais intensa para pequenos valores de número de indução do corpo. Os demais efeitos tais como reversão na quadratura e presença de pico-extra ocorrem de modo análogo ao ocorrido no caso de manto-indutivo. No manto-condutivo, o corpo parece estar a uma profundidade inferior à verdadeira e ser menos condutivo. As anomalias EM são ligeiramente modificadas em função da rotação de fase e atenuação de amplitudes que ocorrem nos campos primário e secundário quando atravessam o manto, e também em consequência da interação indutiva de corrente induzida entre corpo e manto. Além disso ocorre a redistribuição de corrente no manto devido à presença de corpo dentro do manto. No manto-condutivo as correntes são canalizadas dentro do corpo que está em contato galvânico com o manto, enquanto no manto-indutivo ocorre um desvio de corrente, devido à película resistiva que envolve o corpo.

In-plane mapping of buried InGaAs quantum rings and hybridization effects on the electronic structure

This work reports the investigation on the structural differences between InAs quantum rings and their precursor quantum dots species as well as on the presence of piezoelectric fields and asymmetries in these nanostructures. The experimental results show significant reduction in the ring dimensions when the sizes of capped and uncapped ring and dot samples are compared. The iso-lattice parameter mapped by grazing-incidence x-ray diffraction has revealed the lateral extent of strained regions in the buried rings. A comparison between strain and composition of dot and ring structures allows inferring on how the ring formation and its final configuration may affect optical response parameters. Based on the experimental observations, a discussion has been introduced on the effective potential profile to emulate theoretically the ring-shape confinement. The effects of confinement and strain field modulation on electron and hole band structures are simulated by a multiband k.p calculation. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4733964]

Strumenti per la valutazione dello stato conservativo e per la manutenzione programmata dei ponti della Provincia di Bologna

La tesi tratta di strumenti finalizzati alla valutazione dello stato conservativo e di supporto all'attività di manutenzione dei ponti, dai più generali Bridge Management Systems ai Sistemi di Valutazione Numerica della Condizione strutturale. Viene proposto uno strumento originale con cui classificare i ponti attraverso un Indice di Valutazione Complessiva e grazie ad esso stabilire le priorità d'intervento. Si tara lo strumento sul caso pratico di alcuni ponti della Provincia di Bologna. Su un ponte in particolare viene realizzato un approfondimento specifico sulla determinazione approssimata dei periodi propri delle strutture da ponte. Si effettua un confronto dei risultati di alcune modellazioni semplificate in riferimento a modellazioni dettagliate e risultati sperimentali.

Influence of type wave and angle of incidence on seismic bending moments in pile foundations.

[EN]When analysing the seismic response of pile groups, a vertically-incident wavefiel is usually employed even though it doesnot necessarily correspond to the worst case scenario. This work aims to study the influence of both type of seismic body wave and its angle of incidence on the dynamic response of pile foundations.

On soil-structurae interaction in large non-slender partially buried structures.

[EN]This paper addresses the seismic analysis of a deeply embedded non-slender structure hosting the pumping unit of a reservoir. The dynamic response in this type of problems is usually studied under the assumption of a perfectly rigid structure using a sub-structuring procedure (three-step solution) proposed specifically for this hypothesis.

Kinematic interaction factors of deep foundations with inclined piles.

[EN]The beneficial or detrimental role of battered piles on the dynamic response of piled foundations has not been yet fully elucidated. In order to shed more light on this aspect, kinematic interaction factors of deep foundations with inclined piles, are provided for single battered piles, as well as for 2X2 and 3X3 groups of piles subjected to vertically incident plane shear S waves.

Rehabilitation Engineering in Parkinson's disease

Impairment of postural control is a common consequence of Parkinson's disease (PD) that becomes more and more critical with the progression of the disease, in spite of the available medications. Postural instability is one of the most disabling features of PD and induces difficulties with postural transitions, initiation of movements, gait disorders, inability to live independently at home, and is the major cause of falls. Falls are frequent (with over 38% falling each year) and may induce adverse consequences like soft tissue injuries, hip fractures, and immobility due to fear of falling. As the disease progresses, both postural instability and fear of falling worsen, which leads patients with PD to become increasingly immobilized. The main aims of this dissertation are to: 1) detect and assess, in a quantitative way, impairments of postural control in PD subjects, investigate the central mechanisms that control such motor performance, and how these mechanism are affected by levodopa; 2) develop and validate a protocol, using wearable inertial sensors, to measure postural sway and postural transitions prior to step initiation; 3) find quantitative measures sensitive to impairments of postural control in early stages of PD and quantitative biomarkers of disease progression; and 4) test the feasibility and effects of a recently-developed audio-biofeedback system in maintaining balance in subjects with PD. In the first set of studies, we showed how PD reduces functional limits of stability as well as the magnitude and velocity of postural preparation during voluntary, forward and backward leaning while standing. Levodopa improves the limits of stability but not the postural strategies used to achieve the leaning. Further, we found a strong relationship between backward voluntary limits of stability and size of automatic postural response to backward perturbations in control subjects and in PD subjects ON medication. Such relation might suggest that the central nervous system presets postural response parameters based on perceived maximum limits and this presetting is absent in PD patients OFF medication but restored with levodopa replacement. Furthermore, we investigated how the size of preparatory postural adjustments (APAs) prior to step initiation depend on initial stance width. We found that patients with PD did not scale up the size of their APA with stance width as much as control subjects so they had much more difficulty initiating a step from a wide stance than from a narrow stance. This results supports the hypothesis that subjects with PD maintain a narrow stance as a compensation for their inability to sufficiently increase the size of their lateral APA to allow speedy step initiation in wide stance. In the second set of studies, we demonstrated that it is possible to use wearable accelerometers to quantify postural performance during quiet stance and step initiation balance tasks in healthy subjects. We used a model to predict center of pressure displacements associated with accelerations at the upper and lower back and thigh. This approach allows the measurement of balance control without the use of a force platform outside the laboratory environment. We used wearable accelerometers on a population of early, untreated PD patients, and found that postural control in stance and postural preparation prior to a step are impaired early in the disease when the typical balance and gait intiation symptoms are not yet clearly manifested. These novel results suggest that technological measures of postural control can be more sensitive than clinical measures. Furthermore, we assessed spontaneous sway and step initiation longitudinally across 1 year in patients with early, untreated PD. We found that changes in trunk sway, and especially movement smoothness, measured as Jerk, could be used as an objective measure of PD and its progression. In the third set of studies, we studied the feasibility of adapting an existing audio-biofeedback device to improve balance control in patients with PD. Preliminary results showed that PD subjects found the system easy-to-use and helpful, and they were able to correctly follow the audio information when available. Audiobiofeedback improved the properties of trunk sway during quiet stance. Our results have many implications for i) the understanding the central mechanisms that control postural motor performance, and how these mechanisms are affected by levodopa; ii) the design of innovative protocols for measuring and remote monitoring of motor performance in the elderly or subjects with PD; and iii) the development of technologies for improving balance, mobility, and consequently quality of life in patients with balance disorders, such as PD patients with augmented biofeedback paradigms.

Supramolecular order and dynamics of functional materials studied by solid state NMR

The goal of this thesis was the investigation of the structure, conformation, supramolecular order and molecular dynamics of different classes of functional materials (phthalocyanine, perylene and hexa-peri-hexabenzocoronene derivatives and mixtures of those), all having planar aromatic cores modified with various types of alkyl chains. The planar aromatic systems are known to stack in the solid and the liquid-crystalline state due to p-p interactions forming columnar superstructures with high one-dimensional charge carrier mobility and potential application in photovoltaic devices. The different functionalities attached to the aromatic cores significantly influence the behavior of these systems allowing the experimentalists to modify the structures to fine-tune the desired thermotropic properties or charge carrier mobility. The aim of the presented studies was to understand the interplay between the driving forces causing self-assembly by relating the structural and dynamic information about the investigated systems. The supramolecular organization is investigated by applying 1H solid state NMR recoupling techniques. The results are related with DSC and X-ray scattering data. Detailed information about the site-specific molecular dynamics is gained by recording spinning sideband patterns using 1H-1H and 13C-1H solid state NMR recoupling techniques. The determined dipole-dipole coupling constants are then related with the coupling constants of the respective rigid pairs, thus providing local dynamic order parameters for the respective moieties. The investigations presented reveal that in the crystalline state the preferred arrangement in the columnar stack of discotic molecules modified with alkyl chains is tilted. This leads to characteristic differences in the 1H chemical shifts of otherwise chemically equivalent protons. Introducing branches and increasing the length of the alkyl chains results in lower mesophase transitions and disordered columnar stacks. In the liquid-crystalline state some of the discs lose the tilted orientation, others do not, but all start a rapid rotation about the columnar axis.

Comportamento dinamico fuori del piano di pareti murarie: influenza della deformabilità degli impalcati

The aim of this study was to investigate the influence of the diaphragm flexibility on the behavior of out-of-plane walls in masonry buildings. Simplified models have been developed to perform kinematic and dynamic analyses in order to compare the response of walls with different restraint conditions. Kinematic non linear analyses of assemblages of rigid blocks have been performed to obtain the acceleration-displacement curves for walls with different restraint conditions at the top. A simplified 2DOF model has been developed to analyse the dynamic response of the wall with an elastic spring at the top, following the Housner rigid behaviour hypothesis. The dissipation of energy is concentrated at every impact at the base of the wall and is modelled through the introduction of the coefficient of restitution. The sets of equations of the possible configurations of the wall, depending on the different positions of the centre of rotation at the base and at the intermediate hinge have been obtained. An algorithm for the numerical integration of the sets of the equations of motion in the time domain has been developed. Dynamic analyses of a set of walls with Gaussian impulses and recorded accelerograms inputs have been performed in order to compare the response of the simply supported wall with the one of the wall with elastic spring at the top. The influence of diaphragm stiffness Kd has been investigated determining the variation of maximum displacement demand with the value of Kd. A more regular trend has been obtained for the Gaussian input than for the recorded accelerograms.