LMI-based digital redesign of linear time-invariant systems with state-derivative feedback

A simple method for designing a digital state-derivative feedback gain and a feedforward gain such that the control law is equivalent to a known and adequate state feedback and feedforward control law of a digital redesigned system is presented. It is assumed that the plant is a linear controllable, time-invariant, Single-Input (SI) or Multiple-Input (MI) system. This procedure allows the use of well-known continuous-time state feedback design methods to directly design discrete-time state-derivative feedback control systems. The state-derivative feedback can be useful, for instance, in the vibration control of mechanical systems, where the main sensors are accelerometers. One example considering the digital redesign with state-derivative feedback of a helicopter illustrates the proposed method. © 2009 IEEE.

Inversor CS Boost monofásico em aplicações com fontes renováveis

This paper presents a new methodology for the operation and control of a single-phase current-source (CS) Boost Inverter, considering that the conventional current-source inverter (CSI) has a right-half-plane (RHP) zero in its control-to-output transfer function, and this RHP zero causes the known non-minimum-phase effects. In this context, a special design with low boost inductance and a multi-loop control is developed in order to assure stable and very fast dynamics. Furthermore, the Inverter presents output voltage with very low total harmonic distortion (THD), reduced components and high power density. Therefore, this paper presents the inverter operation, the proposed control technique, and main simulation and experimental results in order to demonstrate the feasibility of the proposal. © 2010 IEEE.

Necessary and sufficient condition for generalized passivity, passification and application to multivariable adaptive systems

Recently, a generalized passivity concept for linear multivariable systems was obtained which allows circumventing the restrictiveness of the usual passivity concept. The latter is associated with the classical SPR (Strictly Positive Real) condition whereas the new concept of passivity is associated with the so called WSPR condition and its advantage in multivariable systems is that it does not require a restrictive symmetry condition of SPR systems. As a result, it allows the design of multivariable adaptive control that, unlike some existing factorization approaches, does not imply in additional overparameterization of the adaptive controller. In this paper, we complete a previously established WSPR sufficient condition and prove that it is also necessary. We also propose some methods of passification by either premultiplying the system output tracking error vector or the system input vector by an adequate passifying matrix multiplier, so that the resulting input/output transfer function becomes WSPR. The efficiency of our proposals are illustrated by simulation utilizing a well known robotics adaptive visual servoing problem. © 2011 IFAC.

Delay time detection and accommodation for a networked DC motor control

This paper presents a control method that is effective to reduce the degenerative effects of delay time caused by a treacherous network. In present application a controlled DC motor is part of an inverted pendulum and provides the equilibrium of this system. The control of DC motor is accomplished at the distance through a treacherous network, which causes delay time in the control signal. A predictive technique is used so that it turns the system free of delay. A robust digital sliding mode controller is proposed to control the free-delay system. Due to the random conditions of the network operation, a delay time detection and accommodation strategy is also proposed. A computer simulation is shown to illustrate the design procedures and the effectiveness of the proposed method. © 2011 IEEE.

Networked control system for the guidance of a four-wheel steering agricultural robotic platform

A current trend in the agricultural area is the development of mobile robots and autonomous vehicles for precision agriculture (PA). One of the major challenges in the design of these robots is the development of the electronic architecture for the control of the devices. In a joint project among research institutions and a private company in Brazil a multifunctional robotic platform for information acquisition in PA is being designed. This platform has as main characteristics four-wheel propulsion and independent steering, adjustable width, span of 1,80m in height, diesel engine, hydraulic system, and a CAN-based networked control system (NCS). This paper presents a NCS solution for the platform guidance by the four-wheel hydraulic steering distributed control. The control strategy, centered on the robot manipulators control theory, is based on the difference between the desired and actual position and considering the angular speed of the wheels. The results demonstrate that the NCS was simple and efficient, providing suitable steering performance for the platform guidance. Even though the simplicity of the NCS solution developed, it also overcame some verified control challenges in the robot guidance system design such as the hydraulic system delay, nonlinearities in the steering actuators, and inertia in the steering system due the friction of different terrains. Copyright © 2012 Eduardo Pacincia Godoy et al.

A new sufficient condition for optimal impulsive control problems

In this article we introduce the concept of MP-pseudoinvexity for general nonlinear impulsive optimal control problems whose dynamics are specified by measure driven control equations. This is a general paradigm in that, both the absolutely continuous and singular components of the dynamics depend on both the state and the control variables. The key result consists in showing the sufficiency for optimality of the MP-pseudoinvexity. It is proved that, if this property holds, then every process satisfying the maximum principle is an optimal one. This result is obtained in the context of a proper solution concept that will be presented and discussed. © 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.

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)

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

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.

Projeto e construção de um robô móvel AGV/ROV não-holonômico com habilidade para navegação autônoma do tipo wall-following

Esta dissertação de mestrado apresenta o projeto e a construção de um robô móvel terrestre denominado LOGBOT, com tração de movimento do tipo diferencial – com duas rodas motoras e uma roda livre para manter a estabilidade de sua estrutura em relação à superfície. O controle do robô dispõe dos modos de telemetria e autônomo. No modo de controle por telemetria (ROV), a comunicação do robô com a estação de controle é feita por radiofreqüência a uma distância de até um quilometro em ambientes externos, e até cem metros em ambientes internos. No modo de controle autônomo (AGV), o robô tem habilidade para navegar em ambientes internos e desconhecidos usando sempre a parede à sua esquerda como referência para a trajetória de seu movimento. A seqüência de movimentos para execução da trajetória é enviada para a estação de controle que realiza análises de desempenho do robô. Para executar suas tarefas no modo autônomo, a programação do robô conta com um agente inteligente reativo, que detecta características do ambiente (obstáculos, final de paredes, etc.) e decide sobre qual atitude deve ser executada pelo robô, com objetivo de contornar os obstáculos e controlar a velocidade de suas rodas. Os problemas de erro odométrico e suas correções com base no uso de informações sensoriais externas são devidamente tratados. Técnicas de controle hierárquico do robô como um todo e controle em malha fechada da velocidade das rodas do robô são usadas. Os resultados mostraram que o robô móvel LOGBOT é capaz de navegar, com estabilidade e precisão, em ambientes internos no formato de um corredor (wall following).

Modelagem e controle de uma incubadora neonatal

Este trabalho apresenta uma introdução sobre a história da neonatologia, a conceituação e a modelagem matemática do sistema térmico de uma incubadora neonatal, contendo a relação da mesma com um recém-nascido quanto a trocas térmicas, a partir da primeira lei da termodinâmica. É apresentado o método que foi utilizado para a linearização (Séries de Taylor) e os pontos de operação calculados para o sistema linear obtido no formato de espaço de estados, e a partir deste foi obtida uma representação em função de transferência. A partir da modelagem matemática do sistema, foi realizado um teste em malha aberta para verificar as características do mesmo, como estabilidade, constante de tempo e convergência para um valor final desejado, e como o sistema real opera em malha fechada, foi também realizado um teste com o sistema nesta configuração contendo um ganho unitário de malha. O comportamento do sistema não linear foi comparado ao do sistema linearizado através de suas curvas de resposta temporal a uma entrada degrau para a verificação da validade da representação linear, e após a sua validação, diagramas de bode foram gerados para diferentes parâmetros do modelo, para observar-se o efeito desta variação no comportamento dinâmico da planta, e foi percebido que o comportamento do modelo não é alterado de forma substancial para a variação dentro das faixas verificadas. Um controlador proporcional e integral (PI) foi então projetado para a eliminação do erro de regime permanente presente resposta temporal do sistema.. Testes sob diversas condições de operação foram realizados no sistema linear assim como as curvas de variação de temperatura foram obtidas com o controlador aplicado no modelo não linear, sendo os resultados considerados satisfatórios para este tipo de aplicação. Este trabalho foi realizado com o auxílio da ferramenta computacional Simulink do software Matalb®.

Estudos genéticos em raias do gênero Potamotrygon (Chondrichthyes: Myliobatiformes: Potamotrygonidae) na Bacia do Rio Paraná

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Zoologia) - IBB

Aplicação de controle com modos deslizantes em sistemas com atraso na aquisição de dados

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

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

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS