Heurísticas para projeto de estruturas de controle

Processos químicos integrados apresentam uma maior dificuldade para garantir o controle global da planta em função das fortes interações que se estabelecem entre as variáveis de processo. A área de estudo conhecida como Plant Wide Control preocupa-se em propor soluções a este problema de controle. Soluções típicas consistem no projeto de estruturas de controle, a partir de técnicas quantitativas de análise da controlabilidade operacional. Entretanto a dificuldade em obter-se modelos confiáveis na fase de projeto de processos, bem como as incertezas derivadas das não-linearidades de sistemas reais, são alguns exemplos das dificuldades que limitam a aplicabilidade de tais métodos e incentivam o desenvolvimento de heurísticas capazes de auxiliar a seleção de estruturas de controle adequadas. Nesta dissertação são utilizadas análises estruturais e técnicas quantitativas no estudo de sistemas simplificados e hipotéticos, permitindo a formulação de heurísticas comprometidas com o controle global do balanço material. O resultado destas análises mostra ser possível implementar uma estrutura de base, de configuração feedforward, fundamentada na garantia de baixa variabilidade do tempo de residência do sistema reacional, através de controle direto ou flutuação do inventário, e na proporcionalidade entre as correntes de processo, via introdução de razões fixas entre as vazões da planta. A utilização destas duas heurísticas garante a estabilidade do balanço material frente a variações da taxa de produção, mesmo sem a implementação de controladores de composição. Em um nível supervisório, são introduzidas malhas de controle feedback, em cascata com a estrutura de base, a fim de corrigir off-sets e controlar composições sob um horizonte de tempo longo de resposta. As estruturas de controle projetadas a partir desta base heurística apresentam um desempenho satisfatório para a rejeição de distúrbios sobre a taxa de produção, de acordo com os resultados de validação do estudo de caso Tennessee Eastman.

Estratégia de controle robusto para filtro ativo paralelo sem detecção de harmônicos de correntes

Conventional control strategies used in shunt active power filters (SAPF) employs real-time instantaneous harmonic detection schemes which is usually implements with digital filters. This increase the number of current sensors on the filter structure which results in high costs. Furthermore, these detection schemes introduce time delays which can deteriorate the harmonic compensation performance. Differently from the conventional control schemes, this paper proposes a non-standard control strategy which indirectly regulates the phase currents of the power mains. The reference currents of system are generated by the dc-link voltage controller and is based on the active power balance of SAPF system. The reference currents are aligned to the phase angle of the power mains voltage vector which is obtained by using a dq phase locked loop (PLL) system. The current control strategy is implemented by an adaptive pole placement control strategy integrated to a variable structure control scheme (VS¡APPC). In the VS¡APPC, the internal model principle (IMP) of reference currents is used for achieving the zero steady state tracking error of the power system currents. This forces the phase current of the system mains to be sinusoidal with low harmonics content. Moreover, the current controllers are implemented on the stationary reference frame to avoid transformations to the mains voltage vector reference coordinates. This proposed current control strategy enhance the performance of SAPF with fast transient response and robustness to parametric uncertainties. Experimental results are showing for determining the effectiveness of SAPF proposed control system

Controle feedback de nível baseado em sensor de imagem aplicado ao equipamento misturador-decantador à inversão de fases (MDIF®)

The treatment of wastewaters contaminated with oil is of great practical interest and it is fundamental in environmental issues. A relevant process, which has been studied on continuous treatment of contaminated water with oil, is the equipment denominated MDIF® (a mixer-settler based on phase inversion). An important variable during the operation of MDIF® is the water-solvent interface level in the separation section. The control of this level is essential both to avoid the dragging of the solvent during the water removal and improve the extraction efficiency of the oil by the solvent. The measurement of oil-water interface level (in line) is still a hard task. There are few sensors able to measure oil-water interface level in a reliable way. In the case of lab scale systems, there are no interface sensors with compatible dimensions. The objective of this work was to implement a level control system to the organic solvent/water interface level on the equipment MDIF®. The detection of the interface level is based on the acquisition and treatment of images obtained dynamically through a standard camera (webcam). The control strategy was developed to operate in feedback mode, where the level measure obtained by image detection is compared to the desired level and an action is taken on a control valve according to an implemented PID law. A control and data acquisition program was developed in Fortran to accomplish the following tasks: image acquisition; water-solvent interface identification; to perform decisions and send control signals; and to record data in files. Some experimental runs in open-loop were carried out using the MDIF® and random pulse disturbances were applied on the input variable (water outlet flow). The responses of interface level permitted the process identification by transfer models. From these models, the parameters for a PID controller were tuned by direct synthesis and tests in closed-loop were performed. Preliminary results for the feedback loop demonstrated that the sensor and the control strategy developed in this work were suitable for the control of organic solvent-water interface level

Controle ótimo H∞ de sistemas não-lineares com modelos fuzzy takagi-sugeno

Neste trabalho é proposta uma metodologia de rastreamento de sinais e rejeição de distúrbios aplicada a sistemas não-lineares. Para o projeto do sistema de rastreamento, projeta-se os controladores fuzzy M(a) e N(a) que minimizam o limitante superior da norma H∞ entre o sinal de referência r(t) e o sinal de erro de rastreamento e(t), sendo e(t) a diferença entre a entrada de referência e a saída do sistema z(t). No método de rejeição de distúrbio utiliza-se a realimentação dinâmica da saída através de um controlador fuzzy Kc(a) que minimiza o limitante superior da norma H∞ entre o sinal de entrada exógena w(t) e o sinal de saída z(t). O procedimento de projeto proposto considera as não-linearidades da planta através dos modelos fuzzy Takagi-Sugeno. Os métodos são equacionados utilizando-se inequações matriciais lineares (LMIs), que quando factíveis, podem ser facilmente solucionados por algoritmos de convergência polinomial. Por fim, um exemplo ilustra a viabilidade da metodologia proposta.

Controle semi-ativo de vibrações usando lógica nebulosa e fluido magnetoreológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle semi-ativo de vibrações com fluido magnetoreológico utilizando LMis e lógica nebulosa otimizada por algoritmo genético

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Contribuições na modelagem dinâmica e no controle neural de um braço robótico com elos flexíveis

Em geral, estruturas espaciais e manipuladores robóticos leves têm uma característica similar e inerente que é a flexibilidade. Esta característica torna a dinâmica do sistema muito mais complexa e com maiores dificuldades para a análise de estabilidade e controle. Então, braços robóticos bastantes leves, com velocidade elevada e potencia limitada devem considerar o controle de vibração causada pela flexibilidade. Por este motivo, uma estratégia de controle é desejada não somente para o controle do modo rígido mas também que seja capaz de controlar os modos de vibração do braço robótico flexível. Também, redes neurais artificiais (RNA) são identificadas como uma subespecialidade de inteligência artificial. Constituem atualmente uma teoria para o estudo de fenômenos complexos e representam uma nova ferramenta na tecnologia de processamento de informação, por possuírem características como processamento paralelo, capacidade de aprendizagem, mapeamento não-linear e capacidade de generalização. Assim, neste estudo utilizam-se RNA na identificação e controle do braço robótico com elos flexíveis. Esta tese apresenta a modelagem dinâmica de braços robóticos com elos flexíveis, 1D no plano horizontal e 2D no plano vertical com ação da gravidade, respectivamente. Modelos dinâmicos reduzidos são obtidos pelo formalismo de Newton-Euler, e utiliza-se o método dos elementos finitos (MEF) na discretização dos deslocamentos elásticos baseado na teoria elementar da viga. Além disso, duas estratégias de controle têm sido desenvolvidas com a finalidade de eliminar as vibrações devido à flexibilidade do braço robótico com elos flexíveis. Primeiro, utilizase um controlador neural feedforward (NFF) na obtenção da dinâmica inversa do braço robótico flexível e o calculo do torque da junta. E segundo, para obter precisão no posicionamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Does the neurodegeneration of Alzheimer’s disease spread between visual cortical regions B17 and B18 via the feedforward or feedback short cortico-cortical projections?

The laminar distribution of senile plaques (SP) and neurofibrillary tangles (NFT) was studied in areas B17 and B18 of the visual cortex in 18 cases of Alzheimer’s disease which varied in disease onset and duration. The objective was to test the hypothesis that SP and NFT could spread via either the feedforward or feedback short cortico-cortical projections. In area B17, the mean density of SP and NFT reached a maximum in lamina III and in laminae II and III respectively. In B18, mean SP density was maximal in laminae III and IV and NFT density in laminae II and III. No significant correlations were observed in any cortical lamina between the density of SP and patient age. However, the density of NFT in laminae III, IV and VI in B18 was negatively correlated with patient age. In addition, in B18, the density of SP in lamina II and lamina V was negatively correlated with disease duration and disease onset respectively. Although these results suggest that SP and NFT might spread between B17 and B18 via the feedforward short cortico-cortical projections, it is also possible that the longer cortico-cortical and cortico-subcortical connections may be involved.

Contribuições à estratégia de controle sem detecção de harmônicos aplicada a um filtro ativo de potência paralelo

The conventional control schemes applied to Shunt Active Power Filters (SAPF) are Harmonic extractor-based strategies (HEBSs) because their effectiveness depends on how quickly and accurately the harmonic components of the nonlinear loads are identified. The SAPF can be also implemented without the use of the load harmonic extractors. In this case, the harmonic compensating term is obtained from the system active power balance. These systems can be considered as balanced-energy-based schemes (BEBSs) and their performance depends on how fast the system reaches the equilibrium state. In this case, the phase currents of the power grid are indirectly regulated by double sequence controllers with two degrees of freedom, where the internal model principle is employed to avoid reference frame transformation. Additionally the DSC controller presents robustness when the SAPF is operating under unbalanced conditions. Furthermore, SAPF implemented without harmonic detection schemes compensate simultaneously harmonic distortion and reactive power of the load. Their compensation capabilities, however, are limited by the SAPF power converter rating. Such a restriction can be minimized if the level of the reactive power correction is managed. In this work an estimation scheme for determining the filter currents is introduced to manage the compensation of reactive power. Experimental results are shown for demonstrating the performance of the proposed SAPF system.

Comparação do controle do inversor trifásico conectado à rede com filtro LCL considerando o amortecimento passivo e ativo

Distributed generation systems must fulfill standards specifications of current harmonics injected to the grid. In order to satisfy these grid requirements, passive filters are connected between inverter and grid. This work compares the characteristic response of the traditional inductive (L) filter with the inductive-capacitive-inductive (LCL) filter. It is shown that increasing the inductance L leads to a good ripple current suppression around the inverter switching frequency. The LCL filter provides better harmonic attenuation and reduces the filter size. The main drawback is the LCL filter impedance, which is characterized by a typical resonance peak, which must be damped to avoid instability. Passive or active techniques can be used to damp the LCL resonance. To address this issue, this dissertation presents a comparison of current control for PV grid-tied inverters with L filter and LCL filter and also discuss the use of active and passive damping for different regions of resonance frequency. From the mathematical models, a design methodology of the controllers was developed and the dynamic behavior of the system operating in closed loop was investigated. To validate the studies developed during this work, experimental results are presented using a three-phase 5kW experimental platform. The main components and their functions are discussed in this work. Experimental results are given to support the theoretical analysis and to illustrate the performance of grid-connected PV inverter system. It is shown that the resonant frequency of the system, and sampling frequency can be associated in order to calculate a critical frequency, below which is essential to perform the damping of the LCL filter. Also, the experimental results show that the active buffer per virtual resistor, although with a simple development, is effective to damp the resonance of the LCL filter and allow the system to operate stable within predetermined parameters.

Flight validation of a feedforward gust-attenuation controller for an autonomous helicopter

This paper presents a practical scheme to control heave motion for hover and automatic landing of a Rotary-wing Unmanned Aerial Vehicle (RUAV) in the presence of strong horizontal gusts. A heave motion model is constructed for the purpose of capturing dynamic variations of thrust due to horizontal gusts. Through construction of an effective gust estimator, a feedback-feedforward controller is developed which uses available measurements from onboard sensors. The proposed controller dynamically and synchronously compensates for aerodynamic variations of heave motion, enhancing disturbance-attenuation capability of the RUAV. Simulation results justify the reliability and efficiency of the suggested gust estimator. Moreover, flight tests conducted on our Eagle helicopter verify suitability of the proposed control strategy for small RUAVs operating in a gusty environment.

Retroalimentação do controle interno para os órgãos centrais do sistema de planejamento e orçamento federal em questões estruturantes

Analisa o fluxo do processo de retroalimentação da CGU para órgãos centrais do Sistema de Planejamento e Orçamento Federal, bem como as possibilidades de retroalimentação da CGU a esses órgãos. Propõe a previsão na legislação de um Comitê Operacional e de um Comitê Estratégico do Ciclo de Gestão.

Controle por modo deslizante para sistemas não-lineares com atraso.

Nesta Dissertação são propostos dois esquemas de controle para sistemas não-lineares com atraso. No primeiro, o objetivo é controlar uma classe de sistemas incertos multivariáveis, de grau relativo unitário, com perturbações não-lineares descasadas dependentes do estado, e com atraso incerto e variante no tempo em relação ao estado. No segundo, deseja-se controlar uma classe de sistemas monovariáveis, com parâmetros conhecidos, grau relativo arbitrário, atraso arbitrário conhecido e constante na saída. Admitindo-se que o atraso na entrada pode ser deslocado para a saída, então, o segundo esquema de controle pode ser aplicado a sistemas com atraso na entrada. Os controladores desenvolvidos são baseados no controle por modo deslizante e realimentação de saída, com função de modulação para a amplitude do sinal de controle. Além disso, observadores estimam as variáveis de estado não-medidas. Em ambos os esquemas de controle propostos, garante-se propriedades de estabilidade globais do sistema em malha fechada. Simulações ilustram a eficácia dos controladores desenvolvidos.

Teoria de controle ótimo com aplicações a sistemas biológicos

Neste trabalho apresentamos as etapas para a utilização do método da Programação Dinâmica, ou Princípio de Otimização de Bellman, para aplicações de controle ótimo. Investigamos a noção de funções de controle de Lyapunov (FCL) e sua relação com a estabilidade de sistemas autônomos com controle. Uma função de controle de Lyapunov deverá satisfazer a equação de Hamilton-Jacobi-Bellman (H-J-B). Usando esse fato, se uma função de controle de Lyapunov é conhecida, será então possível determinar a lei de realimentação ótima; isto é, a lei de controle que torna o sistema globalmente assintóticamente controlável a um estado de equilíbrio. Como aplicação, apresentamos uma modelagem matemática adequada a um problema de controle ótimo de certos sistemas biológicos. Este trabalho conta também com um breve histórico sobre o desenvolvimento da Teoria de Controle de forma a ilustrar a importância, o progresso e a aplicação das técnicas de controle em diferentes áreas ao longo do tempo.

Estresse ocupacional segundo o modelo demanda-controle e suas repercussões na saúde do trabalhador de enfermagem: análise das variações de cortisol salivar

O objeto de estudo foi o estresse no trabalho e os níveis de cortisol salivar. O objetivo geral foi avaliar a associação entre estresse no trabalho e variações de cortisol salivar de trabalhadores de Enfermagem inseridos na assistência hospitalar no Rio de Janeiro. A hipótese do estudo foi que existe associação entre trabalhadores expostos à alta exigência no trabalho e as variações de cortisol salivar. Trata-se de estudo epidemiológico observacional analítico seccional, realizado em hospital estadual localizado no Rio de Janeiro com amostra de 103 trabalhadores. Para avaliação dos aspectos psicossociais do trabalho, utilizou-se o questionário Job Content Questionnaire. O cortisol salivar foi medido através da coleta de 04 amostras de cada participante em um dia do plantão: ao acordar, 30 minutos depois, às 12h e 18 h. A coleta de dados foi realizada entre março e abril de 2012. Utilizou-se o programa SPSS 18.0 para análise dos dados. As dimensões demanda psicológica e controle e a subtração foram utilizadas sob a forma contínua nas análises de correlação com as covariáveis e desfecho. Os níveis de cortisol foram quantificados por meio de cinco índices: o cálculo da área sob a curva em relação ao zero ou base (AUCg), área sob a curva em relação ao aumento (AUCi), o aumento médio (MnInc), a excreção do cortisol no período pós acordar (AUCtrab) e a área sob a curva em relação ao zero ou base do ciclo diurno (AUCCD). Para avaliar a associação entre as covariáveis e exposição e desfecho utilizou-se os testes de Mann Whitney e Kruskall-Wallis. As covariáveis associadas à exposição ou ao desfecho com nível de significância de 20% (p≤0,20) foram testadas no modelo de regressão linear. Realizada análise de correlação utilizando-se o coeficiente de correlação de Spearmans. Como resultado encontrou-se que os trabalhadores de Enfermagem obtiveram médias para demanda psicológica e controle que tendem para o limite superior, bem como para a subtração, caracterizando alta demanda e alto controle, ou seja, trabalho ativo. O valor médio de cortisol observado ao acordar, 30 minutos após, 12h e 18h foi de 5,82 nmol/L) (4,86), 16,60 nmol/L ( 8,31), 7,49 nmol/L ( 6,97) e 3,93 nmol/L ( 3,15), respectivamente. O aumento do cortisol entre o acordar e 30 minutos após foi em média de 64%. Já para os índices de cortisol adotados observa-se o valor médio da MnInc, AUCg, AUCi, AUCtrab e AUCCD foi de 10,78 nmol/L (6,99), 5,61 nmol/L ( 2,92) 2,69 nmol/L ( 1,75), 32,51 nmol/L ( 21,99) e 107,99 nmol/L ( 61,63), respectivamente. Este estudo demonstrou que os níveis de cortisol salivar livre não estão associados à alta exigência no trabalho, mesmo quando ajustadas pelas possíveis variáveis de confusão ou modificadoras de efeito. A hipótese do estudo não foi confirmada. Os dados obtidos neste estudo revelaram aspectos importantes dos riscos psicossociais a que estão expostos os trabalhadores de Enfermagem durante o processo de trabalho, oferecendo subsídios para que sejam implementados programas de orientação e promoção à saúde do trabalhador e fornecem um contributo para entender os caminhos biológicos pelos quais o estresse no trabalho influencia a saúde.