Modelagem e controle de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Investigação experimental de estratégias de identificação e controle LPV aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência

Nesta tese e realizada a investigação experimental de uma estratégia de controle LPV (do inglês, linear parameter varying) aplicada ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potencia. O estudo foi realizado em um modelo de sistema de potencia em escala reduzida de 10kVA, cuja configuração e do tipo maquina interligada a uma barra infinita, alem de testes em campo em uma unidade geradora de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruvi. Primeiramente, foi desenvolvido e testado computacionalmente um conjunto de rotinas para analise e síntese de controlador amortecedor do tipo LPV, bem como para identificação de modelos LPV da planta. Os coeficientes do controlador amortecedor LPV, no caso um Estabilizador de Sistemas de Potencia (ESP), dependem do valor de uma variável de operação selecionada que, neste estudo, foram as potencias ativa (P) e reativa (Q) nos terminais da unidade geradora. Para fins de projeto, a dinâmica da planta foi representada através de um modelo ARX LPV, o qual foi estimado a partir de dados coletados experimentalmente na planta, para uma ampla faixa de condições operacionais. A partir do modelo LPV da planta, os valores dos parâmetros do ESP LPV foram determinados via um problema de otimização convexa, na forma de uma LMI parametrizada (PLMI). A solução da PLMI e obtida a partir de uma relaxação via decomposição em soma de quadrados. O ESP LPV foi projetado de modo a garantir a estabilidade e o desempenho do sistema para uma ampla faixa de condições operacionais da planta, o que geralmente não e possível de obter com controladores convencionais a parâmetros fixos. A lei de controle amortecedor do ESP LPV foi implementada em um sistema embarcado baseado em um controlador digital de sinais. Os resultados experimentais mostraram um excelente desempenho do ESP LPV no amortecimento de oscilações eletromecânicas, tanto no sistema de potencia em escala reduzida, quanto em uma unidade geradora da UHE de Tucurui.

Modelos equivalentes de parques eólicos usando algoritmos genéticos

Esta dissertação apresenta uma metodologia baseada em algoritmo genético (AG) para determinar modelos dinâmicos equivalentes de parques eólicos com geradores de indução em gaiola de esquilo ( GIGE) e geradores de indução duplamente alimentados ( GIDA), apresentando parâmetros elétricos e mecânicos distintos. A técnica se baseia em uma formulação multiobjetiva solucionada por um AG para minimizar os erros quadráticos das potências ativa e reativa entre modelo de um único gerador equivalente e o modelo do parque eólico investigado. A influência do modelo equivalente do parque eólico no comportamento dinâmico dos geradores síncronos é também investigada por meio do método proposto. A abordagem é testada em um parque eólico de 10MW composto por quatro turbinas eólicas ( 2x2MW e 2x3MW), consistindo alternadamente de geradores GIGE e GIDA interligados a uma barra infinita e posteriormente a rede elétrica do IEEE 14 barras. Os resultados obtidos pelo uso do modelo dinâmico detalhado para a representação do parque eólico são comparados aos do modelo equivalente proposto para avaliar a precisão e o custo computacional do modelo proposto.

Detecção do contato entre camadas através do perfil de indução

Dois dos principais objetivos da interpretação petrofísica de perfis são a determinação dos limites entre as camadas geológicas e o contato entre fluidos. Para isto, o perfil de indução possui algumas importantes propriedades: É sensível ao tipo de fluido e a distribuição do mesmo no espaço poroso; e o seu registro pode ser modelado com precisão satisfatória como sendo uma convolução entre a condutividade da formação e a função resposta da ferramenta. A primeira propriedade assegura uma boa caracterização dos reservatórios e, ao mesmo tempo, evidencia os contatos entre fluidos, o que permite um zoneamento básico do perfil de poço. A segunda propriedade decorre da relação quasi-linear entre o perfil de indução e a condutividade da formação, o que torna possível o uso da teoria dos sistemas lineares e, particularmente, o desenho de filtros digitais adaptados à deconvolução do sinal original. A idéia neste trabalho é produzir um algoritmo capaz de identificar os contatos entre as camadas atravessadas pelo poço, a partir da condutividade aparente lida pelo perfil de indução. Para simplificar o problema, o modelo de formação assume uma distribuição plano-paralela de camadas homogêneas. Este modelo corresponde a um perfil retangular para condutividade da formação. Usando o perfil de entrada digitalizado, os pontos de inflexão são obtidos numericamente a partir dos extremos da primeira derivada. Isto gera uma primeira aproximação do perfil real da formação. Este perfil estimado é então convolvido com a função resposta da ferramenta gerando um perfil de condutividade aparente. Uma função custo de mínimos quadrados condicionada é definida em termos da diferença entre a condutividade aparente medida e a estimada. A minimização da função custo fornece a condutividade das camadas. O problema de otimização para encontrar o melhor perfil retangular para os dados de indução é linear nas amplitudes (condutividades das camadas), mas uma estimativa não linear para os contatos entre as camadas. Neste caso as amplitudes são estimadas de forma linear pelos mínimos quadrados mantendo-se fixos os contatos. Em um segundo passo mantem-se fixas as amplitudes e são calculadas pequenas mudanças nos limites entre as camadas usando uma aproximação linearizada. Este processo é interativo obtendo sucessivos refinamentos até que um critério de convergência seja satisfeito. O algoritmo é aplicado em dados sintéticos e reais demonstrando a robustez do método.

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.

Analise exergoeconômica aplicada a microgeração em condomínios residenciais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Internal Combustion Engine's Throttle Control as a Motivational Theme for Teaching Microprocessors Systems Lab Classes

The increased fuel economy and driveability of modern internal combustion engine vehicles (ICEVs) are the result of the application of advanced digital electronics to control the operation of the internal combustion engine (ICE). Microprocessors (and micro controllers) play a key role in the engine control, by precisely controlling the amount of both air and fuel admitted into the cylinders. Air intake is controlled by utilizing a throttle valve equipped with a motor and gear mechanism as actuator, and a sensor enabling the measurement of the angular position of the blades. This paperwork presents a lab setup that allows students to control the throttle position using a microcontroller that runs a program developed by them. A commercial throttle body has been employed, whereas a power amplifier and a microcontroller board have been hand assembled to complete the experimental setup. This setup, while based in a high-tech, microprocessor-based solution for a real-world, engine operation optimization problem, has the potential to engage students around a hands-on multidisciplinary lab activity and ignite their interest in learning fundamental and advanced topics of microprocessors systems.

Control of Limit Cycle Oscillation in a Three Degrees of Freedom Airfoil Section Using Fuzzy Takagi-Sugeno Modeling

This work presents a strategy to control nonlinear responses of aeroelastic systems with control surface freeplay. The proposed methodology is developed for the three degrees of freedom typical section airfoil considering aerodynamic forces from Theodorsen's theory. The mathematical model is written in the state space representation using rational function approximation to write the aerodynamic forces in time domain. The control system is designed using the fuzzy Takagi-Sugeno modeling to compute a feedback control gain. It useds Lyapunov's stability function and linear matrix inequalities (LMIs) to solve a convex optimization problem. Time simulations with different initial conditions are performed using a modified Runge-Kutta algorithm to compare the system with and without control forces. It is shown that this approach can compute linear control gain able to stabilize aeroelastic systems with discontinuous nonlinearities.

Extração de contornos de telhado de edifícios no espaço-objeto baseada em snakes e programação dinâmica a partir de TIN/laser e imagens aéreas de alta resolução

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Seleção de características utilizando algoritmos evolucionistas e suas aplicações em reconhecimento de padrões

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A new probabilistic canopy dynamics model (SLCD) that is suitable for evergreen and deciduous forest ecosystems

There are strong uncertainties regarding LAI dynamics in forest ecosystems in response to climate change. While empirical growth & yield models (G&YMs) provide good estimations of tree growth at the stand level on a yearly to decennial scale, process-based models (PBMs) use LAI dynamics as a key variable for enabling the accurate prediction of tree growth over short time scales. Bridging the gap between PBMs and G&YMs could improve the prediction of forest growth and, therefore, carbon, water and nutrient fluxes by combining modeling approaches at the stand level.Our study aimed to estimate monthly changes of leaf area in response to climate variations from sparse measurements of foliage area and biomass. A leaf population probabilistic model (SLCD) was designed to simulate foliage renewal. The leaf population was distributed in monthly cohorts, and the total population size was limited depending on forest age and productivity. Foliage dynamics were driven by a foliation function and the probabilities ruling leaf aging or fall. Their formulation depends on the forest environment.The model was applied to three tree species growing under contrasting climates and soil types. In tropical Brazilian evergreen broadleaf eucalypt plantations, the phenology was described using 8 parameters. A multi-objective evolutionary algorithm method (MOEA) was used to fit the model parameters on litterfall and LAI data over an entire stand rotation. Field measurements from a second eucalypt stand were used to validate the model. Seasonal LAI changes were accurately rendered for both sites (R-2 = 0.898 adjustment, R-2 = 0.698 validation). Litterfall production was correctly simulated (R-2 = 0.562, R-2 = 0.4018 validation) and may be improved by using additional validation data in future work. In two French temperate deciduous forests (beech and oak), we adapted phenological sub-modules of the CASTANEA model to simulate canopy dynamics, and SLCD was validated using LAI measurements. The phenological patterns were simulated with good accuracy in the two cases studied. However, IA/max was not accurately simulated in the beech forest, and further improvement is required.Our probabilistic approach is expected to contribute to improving predictions of LAI dynamics. The model formalism is general and suitable to broadleaf forests for a large range of ecological conditions. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Alocação ótima de chaves de interconexão nas redes de distribuição de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

NASH game and mixed H2/H∞ control

In this work a Nonzero-Sum NASH game related to the H2 and H∞ control problems is formulated in the context of convex optimization theory. The variables of the game are limiting bounds for the H2 and H∞ norms, and the final controller is obtained as an equilibrium solution, which minimizes the `sensitivity of each norm' with respect to the other. The state feedback problem is considered and illustrated by numerical examples.

Swarm-based descriptor combination and its application for image classification

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

Bandit-Based Algorithms for Budgeted Learning

We explore the problem of budgeted machine learning, in which the learning algorithm has free access to the training examples’ labels but has to pay for each attribute that is specified. This learning model is appropriate in many areas, including medical applications. We present new algorithms for choosing which attributes to purchase of which examples in the budgeted learning model based on algorithms for the multi-armed bandit problem. All of our approaches outperformed the current state of the art. Furthermore, we present a new means for selecting an example to purchase after the attribute is selected, instead of selecting an example uniformly at random, which is typically done. Our new example selection method improved performance of all the algorithms we tested, both ours and those in the literature.