Cascade MIMO P-PID controllers applied in an over-actuated quadrotor Tilt-Rotor

To map the Virtual Control Actions (VCAs) into Real Control Actions (RCAs), over-actuated systems typically require nonlinear control allocation methods. On embedded robotic platforms, computational efforts are not always available. With this in mind, this work presents the design of a Quadrotor Tilt-Rotor (QTR) through a new concept of control allocation with uncoupled RCAs, where a nonlinear system is divided into partially dependent and linear subsystems with fast and robust convergence. The RCAs are divided into smaller and linearized sets and solved sequentially. Then, the cascade Multipe-Input-Multipe-Output (MIMO) Proportional (P)- Proportional, Integral and Derivative (PID) controllers tuning were presented with saturation constants and successive loop closure technique, where some open-field environment tests were conducted to validate the respective tuning. In the end, it showed to be reliable, robust, efficient, and applicable when VCAs are overlapped between the subsystems.The authors would like to thank CEFET-MG and Leuphana University of L¨uneburg for their financial support.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E HIDROLÓGICA DA BACIA DE CONTRIBUIÇÃO DA UHE DE ITAPEBI

Nos estudos atuais relacionados aos recursos hídricos, as ferramentas de geoprocessamento, sensoriamento remoto e análises estatísticas, vem apresentando grande potencial no auxílio à caracterização morfométrica e hidrológica em bacias hidrográficas. Esse trabalho tem por objetivo utilizar essas ferramentas para realizar uma caracterização morfométrica e hidrológica da bacia hidrográfica à montante da usina hidrelétrica de Itapebi, localizada na bacia hidrográfica do rio Jequitinhonha. Os resultados mostram, sob o ponto de vista morfométrico, que a bacia é pouco susceptível a picos de enchentes, com predominâncias de baixas velocidades de escoamento e boa tendência à acumulação de água na rede de drenagem. O relevo é predominantemente ondulado a fortemente ondulado em toda a bacia. As classes de uso e cobertura do solo predominantes foram pastagem, savana arborizada e floresta. Do ponto de vista hidrológico os testes estatísticos apontaram para uma tendência da diminuição na magnitude das vazões médias e mínimas da bacia ao longo do tempo. Já sob o ponto de vista do comportamento sedimentométrico, a bacia apresentou uma baixa descarga de sedimentos em suspensão, com magnitudes da ordem de 35,7 t/ano.km².  Palavras-chave: Hidrologia, Sensoriamento Remoto, Geoprocessamento, Morfometria, Hidrossedimentologia

Consideração de técnicas de otimização aplicadas ao problema de colapso de tensão

This thesis studies three topics related to voltage collapse: Load margin increase, load shedding and sensitivity analysis. For each study, optimization techniques are employed. For load margin increase, a new strategy to avoid voltage collapse is proposed. With the help of interior points-based optimization algorithms, some control actions are proposed in order to minimize the voltage collapse symptoms. Even though an operating point close to voltage collapse is associated with high system loss, the literature shows that minimizing the loss may not enlarge the system margin. Rather than that, this work proposes to reduce the system loss and maximize the voltage level in a certain area of interest, yielding a better load margin with no risk of over excitation. The second part of the work is related to load shedding analysis. The literature shows that optimization techniques provide the best results for this purpose. On the other hand, such methods are time consuming. As a consequence of that, this thesis works on three different methodologies for load shedding analysis. The first one is based on the direct method, widely spread in the literature for load margin calculation, but not usually applied for load shedding studies. The second approach is based on interior points method. For this, a Lagrangian function is created using only the objective function and the active and reactive power equations. Finally, the problem of topological changes is addressed. When it comes to topological changes, the problem of building new transmission lines, construction of new plants or capacitor shunt installation are very expensive. It drives one to be careful about the planning actions recommended. For this, these actions need to be exhaustively studied. With this purpose, this thesis presents a methodology based on optimization theory. Such a methodology employs the Lagrange multipliers, obtained by a interior points algorithm, as an index which identifies effectively the best control actions to be taken in order to achieve a goal.Este trabalho aborda três temas relacionados à estabilidade de tensão: Aumento da Margem de Carga, Corte de Carga e análise de sensibilidade. Para cada um destes estudos, técnicas de otimização são empregadas. Para o aumento da margem de carga, uma nova estratégia para evitar o problema de Colapso de Tensão é apresentada. Através de algoritmos de otimização baseados em pontos interiores, foram propostas ações de controle para atuar nos sintomas de colapso de tensão. Apesar de um ponto próximo à bifurcação apresentar altas perdas elétricas e um baixo perfil de tensão, a literatura mostra que a redução total das perdas visando o aumento do ponto máximo de carregamento pode ter conseqüências indesejadas. Em vez disso esse trabalho propõe que ações de controle visando a redução de perdas e a melhoria do perfil de tensão sejam executadas apenas localmente, evitando assim, o risco de sobre compensação. A segunda parte do trabalho analisa o problema de corte de carga. A literatura indica os métodos de otimização como as melhores ferramentas de análise para corte de carga. Porém, estes métodos são computacionalmente onerosos. Desta forma, este trabalho apresenta três novas metodologias para se realizar o estudo de corte de carga. A primeira é baseada no método direto, que apesar de muito utilizado para a determinação do ponto máximo de carregamento, não se tem o conhecimento de que esse método já tenha sido utilizado para a realização de corte de carga. O segundo é baseado nos métodos de otimização de pontos interiores, onde uma função de Lagrange é montada utilizando-se apenas a função objetivo e as equações de fluxo de potência ativa e reativa. Finalizando, o problema de análise de sensibilidade à mudanças topológicas é analisado. A construção de novas linhas de transmissão, a repotencialização de unidades geradoras ou a instalação de bancos de capacitores em um sistema elétrico requer um alto investimento. Isso faz com que ações de planejamento devam ser cuidadosamente analisadas. Para tanto este trabalho apresenta uma metodologia baseada nos fundamentos da otimização. Tal metodologia utiliza os multiplicadores de Lagrange, obtidos através de um algoritmo de pontos interiores, como um índice que determina com precisão quais as melhores ações de planejamento que devem ser realizadas para obter um objetivo desejado

Sistema compilador Fuzzy: área de automação e sistemas elétricos industriais

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Evaluating the Impact of Streamflow Rating Curve Precision on Firm Energy of Hydropower Plants

In Brazil, the correct measurement of the individual firm energy of a plant is important, since it influences directly the determination of its assured energy which is used to establish contracts between power plants and distribution companies, free consumers, and traders. With increasing technological development and greater reliability in the use of automated techniques for monitoring, the use of the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP), has become a reality in Brazil. The ADCP has many advantages over the traditional techniques used for monitoring flows in gage stations of the national hydrometeorological network. In this context, the purpose of this work is to evaluate the impact of the streamflow rating curve measurement on the evaluation of the firm energy of a hydropower plant. A linear optimization model based on dynamic programming was used to calculate the firm energy and it was considered possible measurement errors in the plant’s inflow values and in the parameters of its polynomials that defines the upward and downward elevation. The results pointed that the two considerations had an impact on the calculated firm energy: the inflow measurements and the streamflow rating curve. Therefore, it is shown the importance of an accurate measurement of inflows for the evaluation of the plant’s firm energy

Performance Comparison of Meta-Heuristics Applied to Optimal Signal Design for Parameter Identification

This paper presents a comparative study that explores the performance of various meta-heuristics employed for Optimal Signal Design, specifically focusing on estimating parameters in nonlinear systems. The study introduces the Robust Sub-Optimal Excitation Signal Generation and Optimal Parameter Estimation (rSOESGOPE) methodology, which is originally derived from the well-known Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Through a real-life case study involving an Autonomous Surface Vessel (ASV) equipped with three Degrees of Freedom (DoFs) and an aerial holonomic propulsion system, the effectiveness of different meta-heuristics is thoroughly evaluated. By conducting an in-depth analysis and comparison of the obtained results from the diverse meta-heuristics, this study offers valuable insights for selecting the most suitable optimization technique for parameter estimation in nonlinear systems. Researchers and experimental tests in the field can benefit from the comprehensive examination of these techniques, aiding them in making informed decisions about the optimal approach for optimizing parameter estimation in nonlinear systems