Laboratório de Simulação, Controle e Otimização de Sistemas

• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2018.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da tese: Controle Fracionário Aplicado a Sistemas Multivariáveis.

 

 

• Mestrado.
• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Modelagem de Malha Hidráulica e Controle de Velocidade de Turbinas Hidráulicas em uma Usina Hidrelétrica.
Resumo

O sistema elétrico de potência precisa operar em bons níveis de qualidade e confiabilidade. Dentre os requisitos relacionados com qualidade e confiabilidade está a estabilidade de frequência, que está associada com a capacidade de manter ou restaurar a frequência para sua condição nominal na ocorrência de desbalanços entre geração e demanda. Esta é a responsabilidade do controlador de carga e frequência. Considerando as não linearidades presentes no sistema de controle de uma usina hidrelétrica, o controle de carga e frequência é um assunto ainda em aberto exigindo amplo estudo. Neste trabalho, propõe-se aplicar ao problema de controle de carga e frequência em usinas hidrelétricas uma técnica de controle PID com parâmetros variáveis que utiliza um supervisor fuzzy para sintonizar os seus ganhos. Para análise e comparação do desempenho do controlador proposto, será utilizado neste trabalho um modelo matemático de uma usina hidrelétrica construído baseado em informações construtivas de uma usina do Sistema Interligado Nacional. Esse controlador é comparado com um controlador otimizado por algoritmos genéticos e também é comparado com o controlador PID da referida usina. Foram analisadas três condições de operação e o controlador PID fuzzy se mostrou mais eficiente em todas elas. Como uma segunda contribuição para este trabalho, tem-se a proposta de um novo modelo matemático de um conjunto conduto/turbina hidrelétrica. Este novo modelo é comparado com os principais modelos matemáticos de conjunto conduto/turbina presentes na literatura e validado com dados de medição em campo. Foram analisadas três condições de operação, e o modelo do conjunto conduto/turbina proposto nesta dissertação apresentou uma boa aproximação com os dados de medição.

 

Palavras-chave: Estabilidade. Lógica fuzzy. Turbinas hidráulicas. Modelagem e controle.

 

Email: cristiano_osinski@hotmail.com
Currículo Lattes

M.Sc. Eng. Douglas Antonio Firmino Pelacini

• Ano de início: 2018.
• Bolsista CAPES.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.


• Título da tese: Análise e Controle de sistemas fotovoltaicos .

 

• Mestrado.
• Ano de início: 2013.
• Bolsista CAPES.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Coorientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Título da dissertação: Análise de PID Robusto com Minimização da Norma H_infinito Aplicado ao Problema de Carga e Frequência em Usinas Hidrelétricas.
• Dissertação

 

Email: douglaspelacini@hotmail.com

Currículo Lattes

 

 

 

M.Sc. Eng. Lucas Pioli Rehbein Kürten Ihlenfeld

• Aluno do programa PPGEPS/PUCPR.
• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da tese: Power Transformer Passivity Enforcement: Pre- and Post-Processing Approaches.

 

• 2014-2015: Mestrado.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.

• Título da dissertação: Power Transformer Passivity Enforcement Pre- and Post-processing Approaches.

 

Currículo Lattes

M.Sc. Eng.ª Mariane Gavioli Bergamini

• Ano de início: 2018.
• Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Título da Tese: Identificação de sistemas multivariáveis utilizando um sistema colaborativo de metageurísticas multiobjetivos.

 

• Mestrado.
• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2016.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Estimação de parâmetros de sistemas não lineares utilizando umsistema de metaheurísticas colaborativos.
Resumo

As metaheurísticas vêm sendo utilizadas cada vez mais para resolver problemas que sistemas dinâmicos estão envolvidos, pois estes requerem técnicas robustas e de fácil implementação. Com base nas metaheurísticas populacionais, vários autores apresentaram algoritmos para o problema de estimação de parâmetros não lineares e através de testes numéricos indicaram que a precisão da estimativa é satisfatória. No entanto, as taxas de convergências de algumas dessas metaheurísticas são relativamente lentas quando múltiplos parâmetros desconhecidos em um sistema dinâmico não linear são estimados simultaneamente. Como contribuição deste trabalho, três métodos colaborativos de metaheurísticas paralelizadas para estimação de parâmetros de sistemas dinâmicos não lineares são propostos. A ideia principal deste método é processar de forma paralela as metaheurísticas (Evolução Diferencial (ED), Algoritmo de Otimização de Leão (AOL) e Busca Local Iterativa (BLI)) e trocar informações entre si, para melhorar seus respectivos desempenhos quando considerados individualmente. Adicionalmente, cada algoritmo contém um processamento paralelo que visa reduzir o custo computacional. Os algoritmos propostos são comparados nas seguintes versões: clássica sem paralelo, colaborativa sem paralelo, clássica com paralelo e colaborativa com paralelo. Através dos resultados obtidos por uma análise estatística utilizando o erro médio quadrático (EMQ), as soluções dos algoritmos propostos são menores que os métodos na versão clássica. Neste mesmo cenário, a técnica de paralelismo aplicada para acelerar o cálculo da função objetivo consegue diminuir o tempo de processamento de cada algoritmo.

 

Palavras-chave: Metaheurísticas. Sistemas dinâmicos não lineares. Estimação de parâmetros. Técnicas de paralelismo.

 

Email: maah.bergamini@gmail.com
Currículo Lattes

M.Sc. Eng. Ricardo Schumacher

• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2017.
• Título da tese:

• 2015-2017: Bolsista CAPES.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Identificação de sistemas via bases de funções racionais e métodos iterativos baseados em variáveis instrumentais.
Resumo

A identificação de sistemas está presente em diversas áreas da engenharia onde um modelo matemático altamente preciso é exigido. Neste contexto, embora diferentes tipos de estruturas de modelo podem ser usadas para identificação de sistemas lineares invariantes no tempo (OE, ARX, BJ, ARMAX, por exemplo), o caso particular que considera a utilização de bases de funções racionais (BFR) tem sido bastante investigado nos últimos anos. Modelos baseados em BFRs podem ser considerados como uma representação alternativa para a estrutura OE convencional e são essencialmente constituídos pela combinação linear de funções racionais de uma determinada base. As seguintes bases são aqui estudadas: funções do tipo polo-resíduo, funções ortonormais de Takenaka-Malmquist e funções de frequência localizada. Neste trabalho é proposto um método unificado para construção dessas bases no espaço de estados. Além disso, um novo conjunto de funções de frequência localizada para o caso de polos complexos conjugados é também proposto. Com relação a estimação dos parâmetros do modelo, este trabalho considera diferentes técnicas para identificação em ambos os domínios: tempo e frequência. No domínio do tempo, esta pesquisa propõe um novo procedimento baseado nas iterações de Steiglitz-McBride. Tal proposta é então estendida usando variáveis instrumentais. No domínio da frequência, uma formulação equivalente baseada em variáveis instrumentais e nas iterações de Sanathanan-Koerner é também proposta. Com base nos estudos de caso avaliados, é possível concluir que a utilização das funções ortonormais de Takenaka-Malmquist resulta em modelos precisos ao mesmo tempo em que o algoritmo de identificação se mantém estável numericamente, isto é, o condicionamento numérico das matrizes envolvidas no processo de estimação do modelo é mantido dentro de um valor aceitável. Ressalta-se que um desses estudos de caso trata da modelagem de um sistema de potência implementado no \textit{software} EMTP-RV, enquanto outro estudo de caso considera ainda dados reais extraídos de um transformador de potência.

 

Palavras-chave: Identificação de sistemas. Bases de funções racionais. Variáveis instrumentais. Iterações de Sanathanan-Koerner. Iterações de Steiglitz-McBride.

 

• 2012-2013: Bolsista de iniciação científica CNPq.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.

• Tema: Implementação e testes em tempo real da identificação de matriz de admitâncias de equipamentos elétricos.

Resumo

A energia elétrica é um recurso fundamental para a sociedade, visto que o desenvolvimento socioeconômico dos países está fortemente ligado ao crescimento das suas matrizes energéticas. Os países que mais consomem energia elétrica são hoje, as maiores potências mundiais, daí a necessidade de desenvolver os sistemas elétricos e seus componentes. O conhecimento da resposta em frequência de equipamentos elétricos que fazem parte dos Sistemas Elétricos de Potência permite avaliar a interação dos mesmos com a rede em que estão interligados, tornando possível avaliar também os transitórios a qual estão submetidos. Modelar os componentes que estão ligados à rede permite prever o seu comportamento frente a diferentes entradas, aumentando a eficácia do sistema como um todo. Para determinar tal resposta, são avaliados diferentes métodos de identificação de sistemas no domínio da frequência e os mesmos são então introduzidos como algoritmos computacionais no software MATLAB. A pesquisa tem por objetivo, determinar quais métodos introduzem um erro menor nos modelos que caracterizam tais equipamentos. O foco da pesquisa é feita com base na modelagem de transformadores elétricos, um dos equipamentos mais utilizados em sistemas elétricos de potência, dessa forma, resultados são obtidos com base em respostas reais de transformadores elétricos. O erro que cada modelo apresenta é avaliado tanto para respostas em frequência de funções suaves quanto para funções que apresentam picos de ressonância, e quanto mais baixos forem esses erros, melhor a qualidade do método. Também como resultado, a pesquisa mostra que o uso de frações parciais, sejam elas através de bases racionais ou ortonormais, fazem com que as funções de transferência que elas representam sejam próximas da resposta dos equipamentos, mostrando-se portanto como as melhores opções para esse tipo de identificação.

 

Palavras-chave: Modelos no Domínio da Frequência, Análise de Transitórios, Modelagem de Transformadores Elétricos.

 

• 2013-2014: Bolsista de iniciação científica CNPq.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.

• Tema: Estudo das Bases Localizadas na Frequência no Contexto de Identificação de Sistemas.

Resumo

Modelos fazem parte da vida das pessoas há milhares de anos. Esses modelos relacionam as variáveis de um sistema, umas com as outras. Quando uma criança aprende a andar, por exemplo, seu cérebro desenvolve um modelo mental que relaciona noções de equilíbrio, distância e coordenação motora do seu corpo. Além de modelos mentais, existem também modelos verbais, físicos e matemáticos. Em engenharia, os modelos de maior interesse são os modelos matemáticos. A obtenção desses modelos matemáticos é de importância em projetos de sistemas de controle, projeto de novos processos, análise e compreensão de processos já existentes, melhoria de desempenho, redução de custos, entre outros. Nesse contexto, insere-se a identificação de sistemas, utilizada para obter modelos matemáticos quando se tem pouco ou nenhum conhecimento sobre os fenômenos envolvidos no processo, porém, dados de entrada e saída do processo estão disponíveis para serem medidos. Na identificação de sistemas tanto lineares quanto não-lineares, uma prática comum é utilizar modelos matemáticos com estruturas formadas por funções de base ortonormal (OBF), isso devido às várias vantagens que esse tipo de modelagem apresenta. Neste trabalho, as OBFs de resposta finita ao impulso, de Laguerre e de Kautz são construídas a partir da conexão em cascata de filtros all-pass. A partir dessas construções, no que diz respeito à identificação de sistemas lineares, uma nova abordagem no domínio do tempo para o procedimento iterativo proposto por Sanathanan-Koerner (SK) é apresentada. Resultados são obtidos a partir desse procedimento. Como conclusão, pode-se dizer que tanto a nova abordagem para o procedimento de SK quanto o procedimento de construção de OBFs apresentado, mostraram-se como sendo poderosas ferramentas no contexto da identificação de sistemas lineares no domínio do tempo.

 

Palavras-chave: Identificação de Sistemas; Sistemas Lineares; Sistemas Dinâmicos.

 

• 2013-2014: Iniciação científica.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.

• Tema:  Iterações de Sanathanan Koerner aplicadas a Modelos não-lineares com estrutura Volterra.

 

Email: schumacher.ric@gmail.com
Currículo Lattes

Alunos de Mestrado

Eng. Ádamo Henrique Rocha de Oliveira

• Ano de início: 2018.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Título da dissertação: Síntese de Controlador Utilizando Modelo Inverso Através de Metaheurísticas.

 

• Email: adamo.oliveira@ufpr.br
• Currículo Lattes