Laboratório remoto para monitorização e controlo baseado em MATLAB/Simulink e LabVIEW

Dissertação submetida à Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

Automatisierte Extraktion der Zustandsraummodelle von Bondgraphen in Matlab / Simulink : Entwicklung einer Toolbox zur Emulation von Bondgraphen in Matlab / Simulink mit automatisierter Extraktion der zugehörigen Zustandsraummodelle

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Emulation von Bondgraphen in Matlab / Simulink. Hierfür wurde eine Toolbox entwickelt, durch welche es möglich ist, Bondgraphen in Simulink zu modellieren und die darauf basierende Zustandsraumdarstellung des jeweiligen Graphen automatisiert zu ermitteln.Die vorliegende Arbeit beschreibt die Grapherstellung in Simulink mit Hilfe der entwickelten Toolbox und die Realisierung der in Matlab zugrundeliegenden mehrstufen Lösungsalgorithmen zur analytischen Ermittlung der Zustandsraummodelle sowie die Aufbereitung des Graphen und der internen Elementgleichungen. Des Weiteren werden zusätzlich die implementierten Mechanismen zur Korrektur uneindeutiger Lösungen im Fall von Kausalitätskonflikten und zur Verkettung gleichartiger Knoten erläutert.

Embedding objects into Matlab/Simulink for process supervision

This paper introduces how artificial intelligence technologies can be integrated into a known computer aided control system design (CACSD) framework, Matlab/Simulink, using an object oriented approach. The aim is to build a framework to aid supervisory systems analysis, design and implementation. The idea is to take advantage of an existing CACSD framework, Matlab/Simulink, so that engineers can proceed: first to design a control system, and then to design a straightforward supervisory system of the control system in the same framework. Thus, expert systems and qualitative reasoning tools are incorporated into this popular CACSD framework to develop a computer aided supervisory system design (CASSD) framework. Object-variables an introduced into Matlab/Simulink for sharing information between tools

Embedding objects into Matlab/Simulink for process supervision

This paper introduces how artificial intelligence technologies can be integrated into a known computer aided control system design (CACSD) framework, Matlab/Simulink, using an object oriented approach. The aim is to build a framework to aid supervisory systems analysis, design and implementation. The idea is to take advantage of an existing CACSD framework, Matlab/Simulink, so that engineers can proceed: first to design a control system, and then to design a straightforward supervisory system of the control system in the same framework. Thus, expert systems and qualitative reasoning tools are incorporated into this popular CACSD framework to develop a computer aided supervisory system design (CASSD) framework. Object-variables an introduced into Matlab/Simulink for sharing information between tools

Generating VHDL-AMS models of digital-to-analogue converters from MATLAB®/SIMULINK®

Today, the trend within the electronics industry is for the use of rapid and advanced simulation methodologies in association with synthesis toolsets. This paper presents an approach developed to support mixed-signal circuit design and analysis. The methodology proposed shows a novel approach to the problem of developing behvioural model descriptions of mixed-signal circuit topologies, by construction of a set of subsystems, that supports the automated mapping of MATLAB®/SIMULINK® models to structural VHDL-AMS descriptions. The tool developed, named MS 2SV, reads a SIMULINK® model file and translates it to a structural VHDL-AMS code. It also creates the file structure required to simulate the translated model in the System Vision™. To validate the methodology and the developed program, the DAC08, AD7524 and AD5450 data converters were studied and initially modelled in MATLAB®/ SIMULINK®. The VHDL-AMS code generated automatically by MS 2SV, (MATLAB®/SIMULINK® to System Vision™), was then simulated in the System Vision™. The simulation results show that the proposed approach, which is based on VHDL-AMS descriptions of the original model library elements, allows for the behavioural level simulation of complex mixed-signal circuits.

Desenvolvimento da ferramenta MS2PSOC: Tradução de modelos descritos no matlab/simulink para o ambiente psoc creator

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Implementación del modelo de digestión anaerobia ADM1 en MATLAB/SIMULINK

Este trabajo tiene por objeto la implementación del modelo ADM1 (The IWA Anaerobic Digestion Model No.1), para evaluar su capacidad de simular el proceso de digestión anaerobia de lodos de agua residual. Para implementar el modelo ADM1 se eligió el software Matlab y su herramienta Simulink, por su capacidad para simular sistemas dinámicos. Los resultados demostraron que la simulación a través de la implementación del modelo ADM1, es capaz de predecir la mayoría de los valores medios correspondientes a los parámetros de control más comunes del proceso de digestión anaerobia que se lleva a cabo en la Estación de depuración de aguas residuales (EDAR) sur de Madrid. Se deduce del estudio que la implementación del modelo ADM1 desarrollada mediante Matlab/Simulink, es capaz de simular el proceso dinámico de digestión anaerobia de cualquier EDAR, si se ajustan algunos de los parámetros del modelo para cada caso concreto. Abstract This work aims at the implementation of The IWA Anaerobic Digestion Model No.1 (ADM1) in order to assess its ability to simulate the anaerobic digestion process of wastewater sludge. A Matlab/Simulink implementation of the ADM1 was developed, the simulations results shows that the ADM1 is able to predict the average values of the most common control parameters of the anaerobic digestion process that takes place in the Waste water treatment plant (WWTP) south of Madrid. It is deduced of the estudy that the Matlab implementation of the ADM1 developed, is able to simulate the anaerobic digestion dynamic process of a WWTP, if some of the model parameters are fitted for each specific case.

Validation Study of the Use of Matlab/Simulink Synchronous-Machine Block for Accurate Power-Plant Stability Studies

This paper presents results of the validity study of the use of MATLAB/Simulink synchronous-machine block for power-system stability studies. Firstly, the waveforms of the theoretical synchronous-generator short-circuit currents are described. Thereafter, the comparison between the currents obtained through the simulation model in the sudden short-circuit test, are compared to the theoretical ones. Finally, the factory tests of two commercial generating units are compared to the response of the synchronous generator simulation block during sudden short-circuit, set with the same real data, with satisfactory results. This results show the validity of the use of this generator block for power plant simulation.

Plataforma de simulación en Matlab-Simulink de un accionamiento regulado para emular aerogeneradores

En este proyecto se desarrolla un modelo de simulación de un accionamiento controlado que emula el comportamiento de una turbina eólica, el cual se ha llevado a cabo a través del programa para simulación Matlab/Simulink. Su desarrollo se ha estructurado de la siguiente forma: Tras una breve introducción a la energía eólica y a las máquinas eléctricas objeto de estudio en este proyecto, se procede a la caracterización y representación de dichas maquinas dentro de la plataforma de simulación virtual Simulink. Posteriormente se explican posibles estrategias de control de la máquina de inducción, las cuales son aplicadas para la realización de un control de velocidad. Asimismo, se realiza un control vectorial de par de la máquina de inducción de modo que permita un seguimiento efectivo del par de referencia demandado por el usuario, ante distintas condiciones. Finalmente, se añade el modelo de turbina eólica de manera que, definiendo los valores de velocidad de viento, ángulo de paso y velocidad del eje, permite evaluar el par mecánico desarrollado por la turbina. Este modelo se valida comprobando su funcionamiento para diferentes puntos de operación ante diversas condiciones del par de carga. Las condiciones de carga se establecen acoplando al modelo de la turbina, un generador síncrono de imanes permanentes conectado a una carga resistiva. ! II! ABSTRACT In this project, the simulation model of a controlled drive that emulates the behaviour of a wind turbine is developed. It has been carried out through the platform for multidomian simulation called Matlab/Simulink. Its development has been structured as follows: After a brief introduction to the wind energy and the electrical machines studied in this project, these machines are characterized and represented into the virtual simulation platform, Simulink. Subsequently, the possible control strategies for the induction machine are explained and applied in order to carry out a speed control. Additionally, a torque vector control of the induction machine is performed, so as to enable an effective monitoring of the reference torque requested by the user, under different conditions. Finally, the wind turbine model is implemented so as to assess the turbine mechanical torque, after defining the wind speed, the pitch angle and the shaft speed values. This model is validated by testing its functionality for different operating points under various load torques. The load conditions are set up by attaching a permanent magnets synchronous machine, with a resistive load, to the turbine model.

Laboratorios Virtuales de Sistemas de Control de Procesos en Labview y en Matlab-Simulink

El objetivo general de este proyecto es desarrollar unas prácticas de laboratorio de control de procesos en un entorno virtual, que permita a los alumnos interaccionar con el mismo de manera activa y cercana a situaciones reales que se pueden encontrar en su vida laboral o profesional.

Matlab simulink modeling of photovoltaic cells for understanding shadow effect

Irradiation is the main component for producing the electricity from solar energy. When obstacles come in between the sun and the PV cell then it doesn’t get sufficient irradiance to produce enough electricity. Shadowing has a great impact on photovoltaic cell. The main fuel of PV cell is solar radiation. Using solar radiation, a photovoltaic cell produces electricity. The shadow on a PV cell decreases the output of the photovoltaic cell. It has been already shown in different papers that shadow effect decreases the output of the PV cell. There are different kinds of shadow effects which are observed, some minimize the PV cell output and some reduce the output to zero. There are different types of shadow based on their effects on the photovoltaic cell. The shadow has also effects depending on whether the PV cells are connected in series connection or in parallel connection. In series when one cell is out of order then the whole series of the PV cells will not work but in parallel connection if one cell is damaged, the others will work because they work independently. According to the output requirement the arrangement of the PV cells are made in series or parallel. Simulink modeling is made for series and parallel connection between two PV cells and the shadow effect is analyzed on one of the PV cells. Using SIMULINK, the shadowing is simulated on the two PV cells, where in one system they are in series and in another system they are in parallel. Slowly the irradiance is decreased to simulate the shadow effect. Simulation of the shadow effect gives an idea about the output of the PV cell system when system has shadow on the PV cells. Here the shadow effect on the two PV cells using series and parallel combinations are simulated and analyzed for understanding the effects on output.

MS2SV: Tradução de modelos em Simulink para VHDL-AMS

This paper presents a methodology and a tool for projects involving analogue and digital signals. A sub-systems group was developed to translation a Matlab/Simulink model in the correspondent structural model described in VHDL-AMS. The developed translation tool, named of MS(2)SV, can reads a file containing a Simulink model translating it in the correspondent VHDL-AMS structural code. The tool also creates the directories structure and necessary files to simulate the model translated in System Vision environment. Three models of D/A converters available commercially that use R-2R ladder network were studied. This work considers some of challenges set by the electronic industry for the further development of simulation methodologies and tools in the field of mixed-signal technology. Although the objective of the studies has been the D/A converter, the developed methodology has potentiality to be extended to consider control systems and mechatronic systems.

Sviluppo di un modello Simulink per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione di un modello per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria: l’elettrificazione in ambito automotive richiede un approfondito studio delle problematiche termiche allo scopo di incrementare l’efficienza del veicolo, le performance e la vita della batteria. In particolare, l’oggetto di ricerca consiste nella modellazione di una pompa di calore. Partendo dalla definizione dei requisiti e degli obiettivi del sistema di gestione termica, ogni componente della pompa di calore viene analizzato modellato e connesso all’intero sistema. La modellazione è stata affrontata mediante l’utilizzo dell’ambiente MATLAB/Simulink. Il primo passo è stato avanzato nell’analisi del ciclo termodinamico ideale, analizzando il comportamento di vari fluidi frigorigeni, la funzionalità dei singoli componenti e l’interazione di quest’ultimi al variare delle condizioni di funzionamento, principalmente potenze scambiate, pressioni, temperature e portata massica di refrigerante. Il principale lavoro di simulazione è legato alla realizzazione di un modello configurabile dell’intero apparato di gestione termica della batteria per un veicolo elettrico. Per mezzo dello studio delle relazioni termodinamiche dei componenti principali del ciclo frigorifero sono state valutate tutte le grandezze che variano durante le trasformazioni che compie il fluido refrigerante all’interno del ciclo frigorifero. L’attività di validazione del modello implementato è stata svolta mediante il confronto tra le condizioni del fluido refrigerante determinate mediante le relazioni termodinamiche e quelle ottenute valutando le trasformazioni sui diagrammi di stato dei fluidi frigorigeni trattati. Il modello implementato è da ritenersi primordiale nel contesto legato alla modellazione e controllo dei sistemi di gestione termica per i sistemi propulsivi dei veicoli elettrici a batteria.

Simulação de veículos híbridos hidráulicos

Os veículos híbrido hidráulico são constituídos por duas fontes de energia, uma que proporciona a potência hidráulica (sistema hidráulico) e outra que proporciona a potência através de um motor de combustão interna. Existem veículos híbridos hidráulicos a circular, derivados de veículos convencionais, aos quais se adapta um sistema hidráulico. Os veículos híbridos hidráulicos requerem o estudo das forças aerodinâmico e de todas as resistências que se opõe ao seu movimento, além da modelação dos componentes hidráulicos que afectam a performance do veículo. Os estudos destes componentes hidráulicos para análise da performance do veículo híbrido foram abordados neste trabalho. Foi utilizado o programa computacional Matlab/simulink, que permite modelar os componentes hidráulicos e os subsistemas necessários para definir o modelo computacional de veículo híbrido. Por fim, utilizando os modelos do veículo híbrido simulou-se o seu funcionamento para várias condições. È feita a análise dos resultados obtidos para as simulações, em particular a nível de consumo de combustível, emissão de poluição e autonomia. È feita e discutida comparação dos resultados dos veículos.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.