On lag controllers: Design and implementation

Sometimes it is inconvenient or expensive to open the loop of a system to insert lag controllers-for instance, when this system is an open-loop system. A new controller structure where the loop is not opened, and that allows the design of lag controllers as in the case where one can open the loop, is presented. This result can be used by educators in undergraduate courses that deal with classic control system theory, because it allows a better comprehension of the concept of lag compensation and provides a new method for its design and implementation. An example illustrates the application of the proposed method.

A method for plotting the complementary root locus using the root-locus (positive gain) rules

The root-locus method is a well-known and commonly used tool in control system analysis and design. It is an important topic in introductory undergraduate engineering control disciplines. Although complementary root locus (plant with negative gain) is not as common as root locus (plant with positive gain) and in many introductory textbooks for control systems is not presented, it has been shown a valuable tool in control system design. This paper shows that complementary root locus can be plotted using only the well-known construction rules to plot root locus. It can offer for the students a better comprehension on this subject. These results present a procedure to avoid problems that appear in root-locus plots for plants with the same number of poles and zeros.

O sobre-sinal e a resposta inversa em sistemas de controle lineares contínuos no tempo

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

Sufficients conditions for analysis of extrema in the step-response of the linear control systems

This note deals whith the problem of extrema which may occur in the step-response of a stable linear system with real zeros and poles. Some simple sufficients conditions and necessary conditions are presented for analyses when zeros located between the dominant and fastest pole does not cause extrema in the step-response. These conditions require knowledge of the pole-zero configuration of the corresponding transfer-function.

A linearly-tunable OTA-C sinusoidal oscillator for low-voltage applications

A low-voltage, low-power OTA-C sinusoidal oscillator based on a triode-MOSFET transconductor is here discussed. The classical quadrature model is employed and the transconductor inherent nonlinear characteristic with input voltage is used as the amplitude-stabilization element. An external bias VTUNE linearly adjusts the oscillation frequency. According to a standard 0.8μm CMOS n-well process, a prototype was integrated, with an effective area of 0.28mm2. Experimental data validate the theoretical analysis. For a single 1.8V-supply and 100mV≤VTUNE≤250mV, the oscillation frequency fo ranges from 0.50MHz to 1.125MHz, with a nearly constant gain KVCO=4.16KHz/mV. Maximum output amplitude is 374mVpp @1.12MHz. THD is -41dB @321mVpp. Maximum average consumption is 355μW.

Micro-inverter for integrated grid-tie PV module using resonant controller

Two-stage isolated converters for photovoltaic (PV) applications commonly employ a high-frequency transformer on the DC-DC side, submitting the DC-AC inverter switches to high voltages and forcing the use of IGBTs instead of low-voltage and low-loss MOSFETs. This paper shows the modeling, control and simulation of a single-phase full-bridge inverter with high-frequency transformer (HFT) that can be used as part of a two-stage converter with transformerless DC-DC side or as a single-stage converter (simple DC-AC inverter) for grid-connected PV applications. The inverter is modeled in order to obtain a small-signal transfer function used to design the PResonant current control regulator. A high-frequency step-up transformer results in reduced voltage switches and better efficiency compared with converters in which the transformer is used on the DC-DC side. Simulations and experimental results with a 200 W prototype are shown. © 2012 IEEE.

Construção,modelagem e controle de um pêndulo invertido com CLP e software scada

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Identificação de funções de transferência utilizando como entrada um degrau

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Pré-regulador retificador boost com controle digital por valores médios, para sistema de iluminação fluorescente multi-lâmpadas, utilizando dispositivo FPGA e VHDL

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise teórica e experimental do comportamento térmico e elétrico do refrigerador doméstico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Medidas não convencionais de transferências de função entre expressões faciais e figuras abstratas

Relações de equivalência podem ser definidas como relações arbitrárias capazes de tornar diferentes estímulos intercambiáveis em muitas situações. Isso implica que os elementos que compõem uma classe de estímulos equivalentes devem transferir funções entre si. Este trabalho compreende dois estudos que possuem em comum a formação de classes de equivalência entre expressões faciais e figuras abstratas e o uso de medidas não convencionais de transferência de função. No Experimento 1, foram treinadas relações condicionais entre expressões faciais (A) e estímulos abstratos (conjuntos B e C) e entre os estímulos do conjunto C com os de outro conjunto (D). A equivalência foi testada pelas relações D-B. ‘A’ era composto por fotografias que expressavam alegria, raiva e nojo, enquanto B, C e D se compunham por três figuras abstratas cada. Era então pedido ao participante que avaliasse os estímulos abstratos D1, D2 e D3 de acordo com um conjunto de escalas bipolares. Foi encontrada correspondência entre as avaliações das expressões faciais feitas pelo grupo controle e as avaliações dos estímulos D pelo grupo experimental. O uso de estímulos significativos e de medidas de transferência que não envolviam escolhas forçadas possibilitaram uma validação independente do modelo de equivalência, mostrando que estímulos arbitrários podem adquirir 'significado' similar ao de expressões faciais. Os resultados permitem ainda avaliar o grau em que os símbolos adquiriram o significado dos referentes. O Experimento 2 considerou o fato de que uma expressão facial ameaçadora em meio a expressões amigáveis é selecionada mais rapidamente que uma expressão amigável em meio a ameaçadoras e verificou se o mesmo ocorreria com os estímulos que se tornassem equivalentes a elas. As mesmas relações do Experimento 1 foram treinadas e testadas. Um pós-teste dispunha três figuras relacionadas à mesma expressão facial e uma que pertencia à classe de outro rosto. O participante devia selecionar rapidamente essa última. Os símbolos relacionados à expressão ameaçadora foram selecionados mais rapidamente que os relacionados à face amigável, indicando que esse efeito pode se transferir através de relações de equivalência.

Estudo da estabilidade dinâmica e controle da aeronave AF-X da equipe AeroFEG

The present work aims to study the stability and control of the aircraft AF-X of AeroFEG team for AeroDesign to contribute with it in developing its theoretical project report for the competition and present the shortcomings of stability that it might measures for the practical test. In the first moment, it was presented forces and motion of the aircraft, so to define the equations of motion. After the equations of motion were calculated, the transfer functions were found and the aircraft response was analyzed under longitudinal stability and lateral-directional. We obtained responses from the aircraft and through the method of Root Locus the gains required to improve responses and reduce the overshoot, finally some changes and improvements for increased stability have been addressed. The study covered all the motions and control surfaces of the aircraft, showing the characteristics and behavior of the front disruptions, as well as opportunities for gains and improvementsThe present work aims to study the stability and control of the aircraft AF-X of AeroFEG team for AeroDesign to contribute with it in developing its theoretical project report for the competition and present the shortcomings of stability that it might measures for the practical test. In the first moment, it was presented forces and motion of the aircraft, so to define the equations of motion. After the equations of motion were calculated, the transfer functions were found and the aircraft response was analyzed under longitudinal stability and lateral-directional. We obtained responses from the aircraft and through the method of Root Locus the gains required to improve responses and reduce the overshoot, finally some changes and improvements for increased stability have been addressed. The study covered all the motions and control surfaces of the aircraft, showing the characteristics and behavior of the front disruptions, as well as opportunities for gains and improvements

A brief look at the least-squares approach as a classifier applied to restricted-vocabulary speech recognition

In this letter, a speech recognition algorithm based on the least-squares method is presented. Particularly, the intention is to exemplify how such a traditional numerical technique can be applied to solve a signal processing problem that is usually treated by using more elaborated formulations.

Identificação de funções de transferência de ordem fracionária utilizando como entrada um degrau

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati

La presente tesi riguarda lo studio di procedimenti di ottimizzazione di sistemi smorzati. In particolare, i sistemi studiati sono strutture shear-type soggette ad azioni di tipo sismico impresse alla base. Per effettuare l’ottimizzazione dei sistemi in oggetto si agisce sulle rigidezze di piano e sui coefficienti di smorzamento effettuando una ridistribuzione delle quantità suddette nei piani della struttura. È interessante effettuare l’ottimizzazione di sistemi smorzati nell’ottica della progettazione antisismica, in modo da ridurre la deformata della struttura e, conseguentemente, anche le sollecitazioni che agiscono su di essa. Il lavoro consta di sei capitoli nei quali vengono affrontate tre procedure numerico-analitiche per effettuare l’ottimizzazione di sistemi shear-type. Nel primo capitolo si studia l’ottimizzazione di sistemi shear-type agendo su funzioni di trasferimento opportunamente vincolate. In particolare, le variabili di progetto sono le rigidezze di piano, mentre i coefficienti di smorzamento e le masse di piano risultano quantità note e costanti durante tutto il procedimento di calcolo iterativo; per effettuare il controllo dinamico della struttura si cerca di ottenere una deformata pressoché rettilinea. Tale condizione viene raggiunta ponendo le ampiezze delle funzioni di trasferimento degli spostamenti di interpiano pari all’ampiezza della funzione di trasferimento del primo piano. Al termine della procedura si ottiene una ridistribuzione della rigidezza complessiva nei vari piani della struttura. In particolare, si evince un aumento della rigidezza nei piani più bassi che risultano essere quelli più sollecitati da una azione impressa alla base e, conseguentemente, si assiste ad una progressiva riduzione della variabile di progetto nei piani più alti. L’applicazione numerica di tale procedura viene effettuata nel secondo capitolo mediante l’ausilio di un programma di calcolo in linguaggio Matlab. In particolare, si effettua lo studio di sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. La seconda procedura numerico-analitica viene presentata nel terzo capitolo. Essa riguarda l’ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento e consta di due fasi. La prima fase ricerca il progetto ottimale della struttura per uno specifico valore della rigidezza complessiva e dello smorzamento totale, mentre la seconda fase esamina una serie di progetti ottimali in funzione di diversi valori della rigidezza e dello smorzamento totale. Nella prima fase, per ottenere il controllo dinamico della struttura, viene minimizzata la somma degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano. Le variabili di progetto, aggiornate dopo ogni iterazione, sono le rigidezze di piano ed i coefficienti di smorzamento. Si pone, inoltre, un vincolo sulla quantità totale di rigidezza e di smorzamento, e i valori delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento di ogni piano non devono superare un limite superiore posto all’inizio della procedura. Anche in questo caso viene effettuata una ridistribuzione delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento nei vari piani della struttura fino ad ottenere la minimizzazione della funzione obiettivo. La prima fase riduce la deformata della struttura minimizzando la somma degli scarti quadrarici medi degli spostamenti di interpiano, ma comporta un aumento dello scarto quadratico medio dell’accelerazione assoluta dell’ultimo piano. Per mantenere quest’ultima quantità entro limiti accettabili, si passa alla seconda fase in cui si effettua una riduzione dell’accelerazione attraverso l’aumento della quantità totale di smorzamento. La procedura di ottimizzazione di sistemi smorzati agendo simultaneamente sulla rigidezza e sullo smorzamento viene applicata numericamente, mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab, nel capitolo quattro. La procedura viene applicata a sistemi a due e a cinque gradi di libertà. L’ultima parte della tesi ha come oggetto la generalizzazione della procedura che viene applicata per un sistema dotato di isolatori alla base. Tale parte della tesi è riportata nel quinto capitolo. Per isolamento sismico di un edificio (sistema di controllo passivo) si intende l’inserimento tra la struttura e le sue fondazioni di opportuni dispositivi molto flessibili orizzontalmente, anche se rigidi in direzione verticale. Tali dispositivi consentono di ridurre la trasmissione del moto del suolo alla struttura in elevazione disaccoppiando il moto della sovrastruttura da quello del terreno. L’inserimento degli isolatori consente di ottenere un aumento del periodo proprio di vibrare della struttura per allontanarlo dalla zona dello spettro di risposta con maggiori accelerazioni. La principale peculiarità dell’isolamento alla base è la possibilità di eliminare completamente, o quantomeno ridurre sensibilmente, i danni a tutte le parti strutturali e non strutturali degli edifici. Quest’ultimo aspetto è importantissimo per gli edifici che devono rimanere operativi dopo un violento terremoto, quali ospedali e i centri operativi per la gestione delle emergenze. Nelle strutture isolate si osserva una sostanziale riduzione degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni relative. La procedura di ottimizzazione viene modificata considerando l’introduzione di isolatori alla base di tipo LRB. Essi sono costituiti da strati in elastomero (aventi la funzione di dissipare, disaccoppiare il moto e mantenere spostamenti accettabili) alternati a lamine in acciaio (aventi la funzione di mantenere una buona resistenza allo schiacciamento) che ne rendono trascurabile la deformabilità in direzione verticale. Gli strati in elastomero manifestano una bassa rigidezza nei confronti degli spostamenti orizzontali. La procedura di ottimizzazione viene applicata ad un telaio shear-type ad N gradi di libertà con smorzatori viscosi aggiunti. Con l’introduzione dell’isolatore alla base si passa da un sistema ad N gradi di libertà ad un sistema a N+1 gradi di libertà, in quanto l’isolatore viene modellato alla stregua di un piano della struttura considerando una rigidezza e uno smorzamento equivalente dell’isolatore. Nel caso di sistema sheat-type isolato alla base, poiché l’isolatore agisce sia sugli spostamenti di interpiano, sia sulle accelerazioni trasmesse alla struttura, si considera una nuova funzione obiettivo che minimizza la somma incrementata degli scarti quadratici medi degli spostamenti di interpiano e delle accelerazioni. Le quantità di progetto sono i coefficienti di smorzamento e le rigidezze di piano della sovrastruttura. Al termine della procedura si otterrà una nuova ridistribuzione delle variabili di progetto nei piani della struttura. In tal caso, però, la sovrastruttura risulterà molto meno sollecitata in quanto tutte le deformazioni vengono assorbite dal sistema di isolamento. Infine, viene effettuato un controllo sull’entità dello spostamento alla base dell’isolatore perché potrebbe raggiungere valori troppo elevati. Infatti, la normativa indica come valore limite dello spostamento alla base 25cm; valori più elevati dello spostamento creano dei problemi soprattutto per la realizzazione di adeguati giunti sismici. La procedura di ottimizzazione di sistemi isolati alla base viene applicata numericamente mediante l’utilizzo di un programma di calcolo in linguaggio Matlab nel sesto capitolo. La procedura viene applicata a sistemi a tre e a cinque gradi di libertà. Inoltre si effettua il controllo degli spostamenti alla base sollecitando la struttura con il sisma di El Centro e il sisma di Northridge. I risultati hanno mostrato che la procedura di calcolo è efficace e inoltre gli spostamenti alla base sono contenuti entro il limite posto dalla normativa. Giova rilevare che il sistema di isolamento riduce sensibilmente le grandezze che interessano la sovrastruttura, la quale si comporta come un corpo rigido al di sopra dell’isolatore. In futuro si potrà studiare il comportamento di strutture isolate considerando diverse tipologie di isolatori alla base e non solo dispositivi elastomerici. Si potrà, inoltre, modellare l’isolatore alla base con un modello isteretico bilineare ed effettuare un confronto con i risultati già ottenuti per il modello lineare.