Implementação de um controlador PID embarcado para o controle em malha fechada de um estimulador neuromuscular funcional

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Eletroestimulador funcional de oito canais com malha de realimentação utilizando Controlador Digital

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Sistema eletrônico para geração e avaliação de movimentos em paraplégicos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Implementação e testes de campo de um ESP digital

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e os resultados da implementação e testes em campo de um estabilizador de sistema de potência (ESP) projetado com técnica de controle digital para fins de amortecimento de modos de oscilação eletromecânica observáveis em sinais de potência elétrica medido em uma unidade hidro-geradora, de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. É apresentada e aplicada a metodologia de identificação de modelos paramétricos lineares do tipo auto regressivo com entradas exógenas (ARX), para estimação de modelos com capacidade de capturar a informação relevante (amortecimento e freqüência natural) dos modos eletromecânicos dominantes do sistema. De posse do modelo paramétrico ARX, é efetuada então a síntese da lei de controle digital amortecedor para o ESP, através da técnica de deslocamento radial dos pólos da função de transferência de malha fechada. Para a síntese da lei de controle digital, utilizou-se uma estrutura canônica do tipo RST. Para os testes de campo, a lei de controle amortecedor do ESP digital foi codificada em linguagem C e embarcada em um protótipo cujo hardware é baseado em microcontrolador modelo DSPIC 30F3014, o qual incorpora um grande número de periféricos para aquisição e comunicação de dados. Para avaliar o desempenho do ESP digital desenvolvido, testes experimentais foram realizados em uma unidade geradora de 350 MVA da casa de força número 1, da UHE de Tucuruí. O estabilizador desenvolvido atua através da modulação da referência de tensão do regulador automático de tensão da respectiva unidade geradora, de acordo com as oscilações observadas através da medida de potência elétrica no estator do gerador. Os resultados de testes de campo mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um modo eletromecânico, de freqüência natural de aproximadamente 1,7 Hz, observado nos teste de campo realizado.

Estudo e desenvolvimento de um protótipo para redução da interferência de modo comum usando balanceamento dinâmico de impedância aplicado em biosensores e sensores eletroresistivos

A interferência eletromagnética causada pela linha de energia elétrica afeta negativamente os sinais de instrumentos eletrônicos, especialmente aqueles com baixos níveis de amplitude. Este tipo de interferência é conhecida como interferência de modo comum. Existem muitos métodos e arquiteturas utilizadas para minimizar a influência deste fenômeno de interferência em instrumentos eletrônicos, o mais comum dos quais é a utilização de filtros rejeita banda. Este trabalho apresenta: a análise, desenvolvimento, protótipo e teste de uma nova arquitetura de filtro com característica reconfigurável para instrumentos biomédicos e medição de dados de fluxo em fluido de alta complexidade, com objetivo de reduzir a interferência de modo comum e preservar as componentes do sinal útil na mesma faixa de frequência do ruído, utilizando a técnica de equilíbrio dinâmico de impedância. Além disso, este trabalho pode ser usado em qualquer sistema de medição que também sofra interferência na frequência da linha de alimentação (50/60 Hz, no Brasil e na França, 60 Hz nos Estados Unidos da América). Os blocos de circuitos foram modelados matematicamente e a função de transferência global do circuito fechado foi gerada. Em seguida, o projeto foi descrito e simulado na língua VHDL_AMS e também em um software de simulação eletrônica, usando blocos de componentes discretos, com e sem realimentação. Após análise teórica dos resultados da simulação, um circuito protótipo foi construído e testado usando como entrada um sinal obtido a partir de eletrodos de ECG e Eletrodos Eletroresistivos. Os resultados experimentais do circuito condizem com os da simulação: uma redução de ruído de 98,7% foi obtida em simulações utilizando um sinal sinusoidal, e uma redução de 92% foi realizada utilizando eletrodos de ECG em testes experimentais. Os mesmos testes em eletrodos Eletroresistivos, obtendo o maior valor de 80,3% de redução (durante análise de 3 casos). Em ambos os casos, o sinal útil foi preservado. O método e a sua arquitetura pode ser aplicado para atenuar as interferências que ocorrem na mesma banda de frequência das componentes do sinal útil, preservando ao mesmo tempo estes sinais.

Comparação de métodos baseados em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência

Essa dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo entre três metodologias baseadas em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência (ESP). Os procedimentos de ajuste do ESP são formulados como um problema de otimização, a fim de: 1) maximizar o coeficiente de amortecimento mínimo do sistema em malha fechada; 2) maximizar o somatório de todos os coeficientes de amortecimento do sistema em malha fechada; e 3) deslocar os modos eletromecânicos poucos amortecidos ou mal amortecidos para uma zona pré-escrita no plano s. As três metodologias consideram um conjunto de condições de operacionais pré-especificadas. O sistema elétrico foi representado por equações no espaço de estado e as matrizes associadas com a modelagem foram obtidas por meio da versão acadêmica do programa PacDyn. As simulações foram realizadas usando o MATLAB. As metodologias foram aplicadas no conhecido sistema teste New England.

Regulação de tensão utilizando compensador série controlado a tiristores para sistemas de distribuição

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Digital controller design considering hardware constraints: application in a paraplegic patient

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Controle de velocidade de um motor de indução trifásico usando técnicas de ajuste empírico para bancada de teste no laboratório de automação

This work aims to make the closed loop control of a three phase induction motor, through the integration of the following equipment: a frequency inverter, the actuator system; a programmable logic controller (PLC), the controller; an encoder, the velocity sensor, used as a feedback monitoring the control variable and the three-phase induction motor, the plant to be controlled. The control is performed using a Proportional - Integrative - Derivative (PID) approach. The PLC has a help instruction, which performs the auto adjustment of the controller, that instruction is used and confronted with other adjustment methods. There are several types of methods adjustments to the PID controllers, where the empirical methods are addressed in this work. The system is deployed at the Interface and Electro Electronic Control laboratory in the Universidade Estadual Paulista Júlio Mesquita Filho, Guaratinguetá, São Paulo, then, in the future, this work becomes an experiment to be conducted in the classroom, allowing undergraduate students to develop a greater affinity to the programs used by the PLC as well as studies of undergraduate and graduate works with the help of assembly made

Análise comparativa entre sistemas de resfriamento de injeção de plástico

This study aims to prove the economic feasibility of the installation of mechanical compression chillers on plastic injection molding machines in order to reduce the production cycle time of toothbrush cables in a specific case study. This evidence was confirmed by the comparative analysis of the system replaced and the new system installed. The old system had only one closed loop cooling tower which pumped chilled water to the injection molds, and the new system has the same tower sending cold water to the condensers of individual chillers installed on each injection machine. We conducted an analysis of energy efficiency in each system, showing that in terms of thermal efficiency virtually nothing has changed, but in terms of electricity demand the new system consumes 60.3 kW more. We conducted an analysis of machine productivity for both systems, showing a much higher productivity of the new system due to reduced cycle times caused by the presence of chillers and their greater cooling capacities. Equipped with data such as electricity rates, increases in operating costs and initial investments, the increase in consumption and demand of electricity plus the cycle time reduction were also calculated over so the simple payback 1 year and 2 months was reached

Controlador PID utilizando microcontrolador PIC

This monograph proposes the implementation of a low cost PID controller utilizing a PIC microcontroller, and its application in a positioning system previously controlled by a dedicated integrated circuit for a positioning system. Applying the closed-loop PID control, the system instability was reduced, and its response was smoother, eliminating vibrations and mechanical wear compared to its response with the dedicated integrated circuit, which has a very limited control action. The actuator of the system is a DC motor, whose speed is controlled by the Pulse Width Modulation (PWM) technique, using a Full-Bridge circuit, allowing the shift of direction of rotation. The utilized microcontroller was the PIC16F684, which has an enhanced PWM module, with its analog converters used as reference and position feedback. The positioning sensor is a multiturn potentiometer coupled to the motor axis by gears. The possibility of programming the PID coefficients in the microcontroller, as well as the adjustment of the sampling rate, allows the implemented system achieving high level of versatility

The benefits of soft sensor and multi-rate control for the implementation of wireless networked control systems

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Co-simulation tools for networked control systems: revision and utilization

Networked control systems (NCSs) are distributed control systems in which the sensors, actuators, and controllers are physically separated and connected through an industrial network. The main challenge related to the development of NCSs is the degenerative effects caused by the inclusion of this communication network in the closed loop control. In order to mitigate these effects, co-simulation tools for NCS have been developed to study the network influence in the NCS. This paper presents a revision about co-simulation tools for NCS and the application of two of these tools for the design and evaluation of NCSs. The TrueTime and Jitterbug tools were used together to evaluate the main configuration parameter that affects the performance of CAN-based NCS and to verify the NCS quality of control under various timing conditions including different transmission period of messages and network delays. Therefore, the simulation results led to the conclusion that despite the transmission period of messages is the most significant factor among the analyzed in the design of NCS, its influence is related to the kind of system with greater effects in NCSs with fast dynamics.

Nonlinear ball and beam control system identification

The Ball and Beam system is a common didactical experiment in control laboratories that can be used to illustrate many different closed-loop control techniques. The plant itself is subjected to many nonlinear effects, which the most common comes from the relative motion between the ball and the beam. The modeling process normally uses the lagrangean formulation. However, many other nonlinear effects, such as non-viscous friction, beam flexibility, ball slip, actuator elasticity, collisions at the end of the beam, to name a few, are present. Besides that, the system is naturally unstable. In this work, we analyze a subset of these characteristics, in which the ball rolls with slipping and the friction force between the ball and the beam is non-viscous (Coulomb friction). Also, we consider collisions at the ends of the beam, the actuator consists of a (rubber made) belt attached at the free ends of the beam and connected to a DC motor. The model becomes, with those nonlinearities, a differential inclusion system. The elastic coefficients of the belt are experimentally identified, as well as the collision coefficients. The nonlinear behavior of the system is studied and a control strategy is proposed.

A New Control Architecture for Robust Controllers in Rear Electric Traction Passenger HEVs

It is well known that control systems are the core of electronic differential systems (EDSs) in electric vehicles (EVs)/hybrid HEVs (HEVs). However, conventional closed-loop control architectures do not completely match the needed ability to reject noises/disturbances, especially regarding the input acceleration signal incoming from the driver's commands, which makes the EDS (in this case) ineffective. Due to this, in this paper, a novel EDS control architecture is proposed to offer a new approach for the traction system that can be used with a great variety of controllers (e. g., classic, artificial intelligence (AI)-based, and modern/robust theory). In addition to this, a modified proportional-integral derivative (PID) controller, an AI-based neuro-fuzzy controller, and a robust optimal H-infinity controller were designed and evaluated to observe and evaluate the versatility of the novel architecture. Kinematic and dynamic models of the vehicle are briefly introduced. Then, simulated and experimental results were presented and discussed. A Hybrid Electric Vehicle in Low Scale (HELVIS)-Sim simulation environment was employed to the preliminary analysis of the proposed EDS architecture. Later, the EDS itself was embedded in a dSpace 1103 high-performance interface board so that real-time control of the rear wheels of the HELVIS platform was successfully achieved.