Laboratório de Simulação, Controle e Otimização de Sistemas

A

Allan Christian Krainski Ferrari

• Mestrado.
• Ano de início: 2013.
• Bolsista CAPES.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Identificação de Sistemas Multiváriaveis por Evolução Diferencial Otimizado por Lógica Nebulosa.
• Dissertação

 

• 2009-2010: Iniciação científica (UFPR - TN).
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Tema: Estratégias de Controle Utilizando Inteligência Artificial.
Resumo

As redes neurais são sistemas computacionais de processamento paralelo e distribuído baseados no modelo biológico do neurônio, onde seu poder computacional depende de sua estrutura paralelamente distribuída e sua habilidade de aprendizagem. Essas capacidades tornam as redes neurais capazes de resolver problemas complexos. Este trabalho tem como objetivo aplicar diferentes modelos de redes neurais, no comportamento de entrada e saída do sensor de efeito Hall para determinar o melhor ajuste de curva da resposta de saída do sensor. Foram utilizadas, para a simulação e comparação, redes neurais da Arquitetura Backpropagion baseadas nos algoritmos: Gradiente descendente, Gradiente Conjugado, Quasi-Newton e Levenberg Marquardt. Foi aplicada também uma rede neural da arquitetura de Base Radial. Para fazer o treinamento e a validação dos diferentes modelos, foram utilizados os dados de entrada e saída obtidos a partir do sensor de efeito Hall, quando este era submetido o por entradas de natureza senoidal, quadrada e pulso PWM. Utilizou-se o software Matlab® como ferramenta de estudo e simulação. Foi definido como critério de comparação que cada modelo de rede neural deve ter 40 neurônios em sua estrutura e sua simulação deve possuir um número máximo de 300 interações. Para as três diferentes entradas aplicadas no sensor, as redes neurais baseadas nos algoritmos de Levenberg Marquardt e Gradiente Conjugado obtiveram os melhores desempenhos na validação das suas respostas de saída em relação à saída do sensor.

 

Figura1: Comparação da saída das redes neurais com a saída do sensor.

 

 

Palavras-chave: Controle, Sistemas Não Lineares, Redes Neurais.

 

Email: alanferrari87@yahoo.com.br
Currículo Lattes

André Tsuyoshi Hioki

• Iniciação científica.
• Bolsista CNPq.
• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Colaborador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Tema: Estudo de Métodos de Controle Robusto voltados para LFC em Usinas Hidrelétricas.
Resumo

O estudo de métodos e técnicas computacionais para simulação e otimização de malhas de controle de carga e frequência (LFC) é uma etapa necessária para o planejamento e operação de um sistema elétrico de potência. Sua função do controle é garantir uma operação estável, bem como os padrões de qualidade na frequência da energia fornecida aos consumidores.
Foram realizados estudos de uma usina hidrelétrica em Minas Gerais, Brasil, pertencente ao sistema elétrico interligado nacional (SIN). Seus modelos matemáticos, mais especificamente das malhas de controle de carga e frequência, são caracterizados pelo controlador, amplificador hidráulico, conjunto turbina e conduto, gerador e sistema equivalente conectado a usina. Isso possibilitou a aplicação de técnicas no software MATLAB, para projeto de sistemas de controle robusto com estrutura PI e PID no contexto de LFC, visando manter estabilidade e desempenho frente a contingências do sistema elétrico, bem como simular e analisar os resultados obtidos, verificando se o sistema é de fato estável.

Como procedimento para o projeto do sistema de controle foi realizado a minimização de uma norma pré-selecionada para o pior caso de todos os modelos dentro do intervalo de incerteza e, ao mesmo tempo, garantindo estabilidade para todos os modelos dentro do intervalo de incerteza. Dentre as normas utilizadas, pode-se citar o H∞, o Máximo Desvio da Curva de Frequência e o Integral do Tempo multiplicado pelo Valor Absoluto do Erro (ITAE).

 

Palavras-chave: Controle Robusto, PI, PID, Controle de Carga e Frequência, Sistema Elétrico Interligado Nacional, Otimização.

 

• 2014-2015: Bolsista de iniciação científica CNPq.

• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Colaborador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Tema: Simulação e Otimização em ANATEM e Simulink de Sistemas de Controle de Frequência e Potência.
Resumo

Introdução: O estudo de métodos e técnicas computacionais para simulação e otimização de malhas de controle de carga/potência ativa e frequência (Load and Frequency Control - LFC) é uma etapa necessária para o planejamento e operação de um sistema elétrico de potência. Sua função do controle é garantir uma operação estável e os padrões de qualidade na frequência da energia fornecida aos consumidores. Objetivos: a) Aplicar técnicas computacionais para projeto de sistemas de controle robusto com estrutura PID no contexto de LFC visando manter estabilidade e desempenho frente a contingências do sistema elétrico; b) Simular e analisar os resultados obtidos, verificando se o sistema é de fato estável. c) Utilizar programas computacionais como Simulink e ANATEM para análise dos resultados. Método: Ambientes para análise de desempenho de malhas de controle de carga e frequência são caracterizados pela presença de modelos para o controlador, para os amplificadores hidráulicos, para o conjunto turbina e conduto, para o gerador e para o sistema equivalente conectado a usina. As premissas para o projeto dos sistemas de controle foram que alguns destes modelos possuem parâmetros incertos, porém dentro de um intervalo conhecido. O objetivo do projeto do PI(D) é calcular o melhor controlador que minimize uma norma pré-selecionada para o pior casos de todos os modelos dentro do intervalo de incerteza e, ao mesmo tempo, garanta estabilidade para todos os modelos dentro do intervalo de incerteza. As normas (no sentido amplo) utilizadas foram a H2, a H∞, o máximo desvio da curva de frequência e ITAE. Dois estudos de caso para análise dos métodos de projeto são abordados neste trabalho. O primeiro é uma unidade da usina pertencente ao sistema elétrico de New Brunswick, Canadá. O segundo é uma unidade da usina localizada em Minas Gerais, e pertencente ao sistema elétrico interligado nacional (SIN).

 

Palavras-chave: Controle Robusto, Controle PID, Controle de Carga e Frequência, Sistema Elétrico Interligado Nacional, Otimização.

 

Email: athioki@yahoo.com.br
Currículo Lattes

Victor Luis Padilha Mayer

• Ano de início: 2016.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Tema: Controle de Inclinação de Placa com Motor.

 

Email: victormayer13@hotmail.com
Currículo Lattes

B

D

Daniel Kaminski de Souza

• Mestrado.
• Ano de início: 2012.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Estimação de parâmetros por busca de cuco via voos de Lévy.
• Dissertação

 

Currículo Lattes

E

Emerson Donaisky

• Doutorado.
• Programa PPGEPS-PUCPR.
• Ano de início: 2011.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da tese: Representação PWA Semi-Física para Reguladores de Velocidade em Sistemas de Geração Hidrelétrica e Controle Preditivo Híbrido de Carga-Frequência.

 

Email: emerson.donaisky@pucpr.br
Currículo Lattes

F

G

Gustavo Reche Razente

• Iniciação científica.
• Bolsista UFPR/TN.
• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Roman Kuiava.

• Tema: Estabilidade a tempo finito de sistemas chaveados com a presença de transitórios impulsivos.

 

2014-2015: Bolsista de iniciação científica CNPq.

Orientador: Prof. Dr. Roman Kuiava.

Tema: Projeto de estabilizadores de sistemas de potência via algoritmo de iteração V-K modificado.

Resumo

Diversas perturbações ocorrem frequentemente em qualquer sistema elétrico. Pequenas variações de carga são classificadas como pequenas perturbações, sendo que estas podem excitar os modos eletromecânicos de baixa frequência, que se caracterizam como oscilações na velocidade angular dos geradores e nos fluxos de potência ativa nas linhas. Restrições na capacidade de transmissão de energia elétrica do sistema é um exemplo dos impactos negativos da presença de oscilações eletromecânicas pouco amortecidas. Estruturas de controle (os chamados Estabilizadores de Sistemas de Potência, ESPs) são conectadas nos geradores do sistema com a finalidade de fornecer amortecimento adicional às oscilações eletromecânicas presentes no sistema. Os ESPs devem operar de forma satisfatória em vários pontos de operação e possuir estrutura descentralizada. Para atender à estes requisitos, técnicas de controle robusto baseadas na teoria de sistemas dinâmicos lineares tem sido desenvolvidas para o projeto desses controladores. Esta pesquisa tem como objetivo propor uma modificação em um algoritmo já presente na literatura para projeto de ESPs, no caso, o algoritmo V-K, o qual é baseado na resolução iterativa de dois conjuntos de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (DMLs). O algoritmo V-K, em sua formulação proposta na literatura, requer o conhecimento a-priori de alguns parâmetros do ESP para que o problema de controle seja resolvido por meio de DMLs. Neste contexto, o diferencial desta pesquisa é apresentar uma realização em espaço de estados do ESP que permita a aplicação do algoritmo V-K sem a necessidade de se conhecer a-priori tais parâmetros do controlador. Os resultados foram obtidos para um sistema constituído por quatro geradores e duas áreas, largamente utilizado na literatura para estudos de estabilidade a pequenas perturbações. O algoritmo V-K modificado foi implementado via script em Matlab e simulações não-lineares foram elaboradas via implementação do sistema em estudo usando os recursos da biblioteca SimPowerSystems, do Matlab/Simulink. Os modelos linearizados do sistema para diferentes pontos de operação e utilizados para projeto dos controladores foram gerados via Softwares ANAREDE e PACDYN, ambos desenvolvidos pelo CEPEL. Os resultados mostram que os ESPs projetados pela metodologia proposta fornecem amortecimento satisfatório aos modos eletromecânicos em várias condições de operação. Além disto, a modificação proposta no algoritmo V-K simplificou o projeto dos ESPs, quando comparado com a aplicação do algoritmo original.

 

Palavras-chave: Estabilizadores de sistemas de potência, Controle robusto, Desigualdades matriciais lineares.

 

 

Email: gustavoreche.razente@gmail.com
Currículo Lattes

H

I

Eng. Jhonys de Oliveira Leite

• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2016.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Marlio Jose do Couto Bonfim.
• Título da dissertação:  Estimação de parâmetros para regulador de velocidade de Usina Hidrelétrica utilizando algoritmos de otimização Evolução Diferencial e Otimização de Lobos cinzentos.

 

Email: jhonys.oliveira@gmail.com
Currículo Lattes

J

Eng. Jhonys de Oliveira Leite

• Bolsista CAPES.
• Ano de início: 2016.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Marlio Jose do Couto Bonfim.
• Título da dissertação:  Estimação de parâmetros para regulador de velocidade de Usina Hidrelétrica utilizando algoritmos de otimização Evolução Diferencial e Otimização de Lobos cinzentos.

 

Email: jhonys.oliveira@gmail.com
Currículo Lattes

Eng. João Luiz Ferreira Enomoto

• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Metaheurísticas e Identificação de Sistemas.

 

Currículo Lattes

K

L

Lucas Cavalcante Marcelo

• Iniciação científica.
• Bolsista de iniciação científica CNPq.
• Ano de início: 2013.
• Orientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Tema: Estratégias de Controle Inteligente para Sistema de Nível.
Resumo

Este trabalho tem como objetivo principal estudar as diferenças entre estratégias distintas de controle, aplicadas a um sistema de nível líquido de primeira ordem construído e instrumentado em um trabalho realizado anteriormente no mesmo programa de pesquisa. Para isso, muitas mudanças na planta tiveram que ser efetuadas, como a realização de um estudo para melhor escolher um sensor que fosse eficiente para ser utilizado no tanque existente, além do novo circuito de condicionamento do atuador do sistema, que necessitou ser refeito e, depois disso, foi implementado em placa de circuito impresso no formato shield para ser diretamente acoplado à placa microcontroladora de forma mais conveniente. Depois das correções, foi realizada a identificação do sistema, onde a função de transferência deste foi encontrada, através de ensaios realizados no sistema Em seguida, um controlador clássico, sintonizado pelo método do lugar das raízes foi projetado e melhorado utilizando o aplicativo Simulink do software MATLAB. Este controlador foi simulado utilizando, também, o mesmo software. Foi projetado um código em linguagem C++ para implementar o controlador utilizando uma placa microcontroladora denominada Arduino e que possui um processador ATMEL ATMEGA 328. Após ser implementado, a simulação e os resultados práticos foram analisados na forma de um estudo comparativo com o intuito de encontrar possíveis causas para as diferenças nos resultados, a fim de obter um modelo em simulação que fosse fiel ao sistema real. Em seguida, o estudo das redes neurais e suas aplicações na área de automação e controle foi realizado de forma a projetar um controlador baseado nesta técnica. A simulação deste novo sistema realizou-se de forma a compará-la aos resultados obtidos do controlador clássico. O trabalho foi realizado no Laboratório de Simulação, Controle e Otimização de Sistemas (LaSICO) da UFPR.

 

Palavras-chave: Sistema de nível, Controle, Redes neurais.

 

Currículo Lattes

Luciano Fernando da Rosa

• Mestrado.
• Ano de início: 2014.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Coorientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Título da dissertação: Projeto de controlador PID robustamente estável aplicado ao problema de controle de carga e frequência em Usinas Hidroelétricas.
• Dissertação

 

• 2010: Iniciação Científica.

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

• Tema: Melhoras em modelo computacional para análise de desempenho transitório de sistemas elétricos.

 

Currículo Lattes

M

Mariana Mulinari Pinheiro Machado

• Iniciação científica.
• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Tema: Estudo de Métodos para Ajuste de Passividade e para a Realização de Modelos de Transformadores.

 

Currículo Lattes

Míriam Rafaela Beninca

• Mestrado.
• Ano de início: 2013.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Coorientador: Prof. Dr. Gideon Villar Leandro.
• Título da dissertação: Virtual Reference Feedback Tuning of Controllers Parameterized Using Orthonormal Basis Functions.
• Dissertação

 

Currículo Lattes

N

O

P

Eng. Pedro David Reyes Leiva

• Ano de início: 2015.
• Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro.
• Título da dissertação: Análise de Desempenho de Controladores em Sistemas de Controle em Rede Sem Fio.

 

Currículo Lattes

Q

R

S

Signie Laureano França Santos

• Mestrado.
• Ano de início: 2011.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Coorientador: Prof.ª Dr.ª Thelma Solange Piazza Fernandes.
• Título da dissertação: Método para Seleção Ótima de Taps de Reguladores de Tensão em Situações de Interrupção de Energia.

 

Currículo Lattes

T

U

V

Vinicios Bacil

• Mestrado.
• Ano de início: 2012.
• Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira.
• Título da dissertação: Metodologia para medição de resposta em frequência em transformador energizado.
• Dissertação

 

Currículo Lattes

X

W

Welder Siena

• Mestrado.
• Ano de início: 2014.
• Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro.
• Título da dissertação: Modelo de Perda de Pacote para Projeto e Simulação de Sistemas de Controle em Rede Sem Fio.

 

Currículo Lattes

Y

Z