Development of an instrumentation system embedded on FPGA for real time measurement of mechanical vibrations in rotating machinery

The real-time monitoring of events in an industrial plant is vital, to monitor the actual conditions of operation of the machinery responsible for the manufacturing process. A predictive maintenance program includes condition monitoring of the rotating machinery, to anticipate possible conditions of failure. To increase the operational reliability it is thus necessary an efficient tool to analyze and monitor the equipments, in real-time, and enabling the detection of e.g. incipient faults in bearings. To fulfill these requirements some innovations have become frequent, namely the inclusion of vibration sensors or stator current sensors. These innovations enable the development of new design methodologies that take into account the ease of future modifications, upgrades, and replacement of the monitored machine, as well as expansion of the monitoring system. This paper presents the development, implementation and testing of an instrument for vibration monitoring, as a possible solution to embed in industrial environment. The digital control system is based on an FPGA, and its configuration with an open hardware design tool is described. Special focus is given to the area of fault detection in rolling bearings. © 2012 IEEE.

Development of a support vector machine-based navigation system for driving a mobile robot through paths in plantations

The use of mobile robots turns out to be interesting in activities where the action of human specialist is difficult or dangerous. Mobile robots are often used for the exploration in areas of difficult access, such as rescue operations and space missions, to avoid human experts exposition to risky situations. Mobile robots are also used in agriculture for planting tasks as well as for keeping the application of pesticides within minimal amounts to mitigate environmental pollution. In this paper we present the development of a system to control the navigation of an autonomous mobile robot through tracks in plantations. Track images are used to control robot direction by preprocessing them to extract image features. Such features are then submitted to a support vector machine in order to find out the most appropriate route. The overall goal of the project to which this work is connected is to develop a real time robot control system to be embedded into a hardware platform. In this paper we report the software implementation of a support vector machine, which so far presented around 93% accuracy in predicting the appropriate route. © 2012 IEEE.

Evaluating serial ZigBee devices for application in wireless networked control systems

Networked control systems (NCS) are distributed control system where the sensors, actuators and controllers are physically separated and connected through communication networks. NCS represent the evolution of networked control architectures providing greater modularity and control decentralization, ease maintenance and diagnosis and lower cost of implementation. A recent trend in this research topic is the development of NCS using wireless networks (WNCS) enabling interoperability between existing wired and wireless systems. This paper evaluates a serial RS-232 ZigBee device as a wireless sensor link in NCS. In order to support this investigation, relevant performance metrics for wireless control applications such as jitter, time delay and messages lost are highlighted and calculated to evaluate the device capabilities. In addition the control performance of an implemented motor control system using the device is analyzed. Experimental results led to the conclusion that serial RS-232 ZigBee devices can be used to implement WNCS and the use of this device delay information in the PID controller discretization can improve the control performance of the system. © 2012 IEEE.

Active vibration control using delayed resonant feedback

Delayed feedback (DF) control is a well-established technique to suppress single frequency vibration of a non-minimum phase system. Modal control is also a well-established technique to control multiple vibration modes of a minimum phase system. In this paper these techniques are combined to simultaneously suppress multiple vibration modes of a non-minimum phase system involving a small time delay. The control approach is called delayed resonant feedback (DRF) where each modal controller consists of a modal filter to extract the target mode signal from the vibration response, and a phase compensator to account for the phase delay of the mode. The methodology is first discussed using a single mode system. A multi-mode system is then studied and experimental results are presented to demonstrate the efficacy of the control approach for two modes of a beam. It is shown that the system behaves as if each mode under control has a dynamic vibration absorber attached to it, even though the actuator and the sensor are not collocated and there is a time delay in the control system. © 2013 IOP Publishing Ltd.

Estudo do efeito dos transformadores de relação de transformação variável sobre a capacidade de sincronização intermáquinas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle nebuloso aplicado em asas adaptativas utilizando ligas de memória de forma

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Estudo da estabilidade a pequenas perturbações do sistema elétrico de potência sob a ação do dispositivo FACTS PHASE SHIFTER - PS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projetos de controladores baseados em LMI usando realimentação da derivada dos estados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projeto de controladores baseados em LMIs: realimentação derivativa e sistemas chaveados utilizando estrutura variável

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

Controle da injeção de potências ativa e reativa em inversor de Geração Distribuída conectado à rede de distribuição em corrente alternada em baixa tensão, empregando LMIs com realimentação de estados e critérios de D-estabilidade

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Controle postural de idosos: efeito da perturbação visual com o uso do sistema âncora

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Técnica de projeto de controlador fuzzy aplicada ao acionamento vetorial de motor de indução

Este trabalho investiga uma estratégia de controle fuzzy Takagi-Sugeno aplicada ao controle de velocidade do motor de indução. A estratégia implementa uma interpolação ponderada entre um conjunto de controladores locais previamente projetados. Ao ocorrer variações nas condições operacionais do motor de indução, os ganhos da lei de controle são ajustados automaticamente, de modo a manter satisfatório o desempenho do sistema de controle. Para o projeto do controlador fuzzy a representação em espaço de estados da planta foi considerada sob a forma de um sistema aumentado, incluindo-se uma nova variável de estado que, nesse caso, foi selecionada como sendo a integral do erro de velocidade. Tal formulação permitiu o projeto de controladores locais com a estrutura PI, através de realimentação completa de estados, com posicionamento de pólos. Como variáveis de operação para o chaveamento fuzzy dos controladores locais, foram selecionados as variáveis velocidade angular do rotor e a componente da corrente de estator responsável pelo torque elétrico do motor. Em seguida, a estabilidade do controlador fuzzy Takagi- Sugeno projetado foi comprovada através do critério de Lyapunov, para isso o problema de estabilidade foi escrito na forma de LMIs. O desempenho do controlador fuzzy Takagi-Sugeno foi avaliado através de estudos de simulação, e seus resultados comparados ao desempenho de um controlador PI convencional, para a regulação da velocidade do rotor. Os resultados obtidos nas simulações mostram que o emprego da estratégia proposta torna o sistema mais robusto a variações paramétricas no sistema de acionamento.

Comparação dos algoritmos C4.5 e MLP usados na avaliação da segurança dinâmica e no auxílio ao controle preventivo no contexto da estabilidade transitória de sistemas de potência

Esse trabalho compara os algoritmos C4.5 e MLP (do inglês “Multilayer Perceptron”) aplicados a avaliação de segurança dinâmica ou (DSA, do inglês “Dynamic Security Assessment”) e em projetos de controle preventivo, com foco na estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência (SEPs). O C4.5 é um dos algoritmos da árvore de decisão ou (DT, do inglês “Decision Tree”) e a MLP é um dos membros da família das redes neurais artificiais (RNA). Ambos os algoritmos fornecem soluções para o problema da DSA em tempo real, identificando rapidamente quando um SEP está sujeito a uma perturbação crítica (curto-circuito, por exemplo) que pode levar para a instabilidade transitória. Além disso, o conhecimento obtido de ambas as técnicas, na forma de regras, pode ser utilizado em projetos de controle preventivo para restaurar a segurança do SEP contra perturbações críticas. Baseado na formação de base de dados com exaustivas simulações no domínio do tempo, algumas perturbações críticas específicas são tomadas como exemplo para comparar os algoritmos C4.5 e MLP empregadas a DSA e ao auxílio de ações preventivas. O estudo comparativo é testado no sistema elétrico “New England”. Nos estudos de caso, a base de dados é gerada por meio do programa PSTv3 (“Power System Toolbox”). As DTs e as RNAs são treinada e testadas usando o programa Rapidminer. Os resultados obtidos demonstram que os algoritmos C4.5 e MLP são promissores nas aplicações de DSA e em projetos de controle preventivo.

A influência do controlador gupfc no sistema elétrico de potência visando a estabilidade a pequenas perturbações

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Demonstration of non-collocated vibration control of a flexible manipulator using electrical dynamic absorbers

This paper describes an experimental study into the vibration control of a servo system comprising a servo motor and a flexible manipulator. Two modes of the system are controlled by using the servo motor and an accelerometer attached to the tip of the flexible manipulator. The control system is thus non-collocated. It consists of two electrical dynamic absorbers, each of which consists of a modal filter and, in case of an out-of-phase mode, a phase inverter. The experimental results show that each absorber acts as a mechanical dynamic vibration absorber attached to each mode and significantly reduces the settling time for the system response to a step input.