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Type: Tese
Issue Date: 14-Nov-2018
Authors: AYRES JÚNIOR, Florindo Antonio de Carvalho
First Advisor: COSTA JÚNIOR, Carlos Tavares da
First Co-Advisor: LENZI, Marcelo Kaminski
Title: Investigação de estratégias de controle de ordem fracionárias aplicadas a sistemas elétricos e industriais
Other Titles: Investigation of order control strategies fractions applied to electrical and industrial systems
Sponsor: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Citation: AYRES JÚNIOR, Florindo Antonio de Carvalho. Investigação de estratégias de controle de ordem fracionárias aplicadas a sistemas elétricos e industriais. 2018. 93 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Belém, 2018. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Disponível em: <http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/10658>. Acesso em:.
Resumo: O uso de técnicas de controle é de grande importância para manter desempenhos competitivos, para sistemas elétricos e industriais, tendo em vista um rastreamento de pontos de ajuste de comportamento tão próximo quanto possível de um ponto de ajuste de operação desejado, visando a um desvio e oscilação reduzidos. Neste trabalho, são investigadas técnicas de controle automático fracionário para melhoria do desempenho de sistemas industriais. Duas técnicas de controle de ordem fracionária são estudadas. Primeiramente, um do tipo Lead-Lag de ordem fracionária (FOLL, do inglês), baseada no método de resposta em frequência e aplicada à melhoria de estabilizadores de sistemas de potência (ESP). As leis de controle são implementadas sob a forma de controle digital em um sistema embarcado em um microcontrolador. O desempenho dos compensadores é avaliado através da realização de vários testes experimentais em um sistema de potência em escala reduzida, de 10 kVA, localizado no Laboratório de Engenharia Elétrica da UFPA. São realizados testes de variação a um impulso na referência de tensão do gerador em diversos pontos de operação de potência do sistema micro gerador, além da análise de robustez do sistema utilizando uma ferramenta de plot robusto do diagrama de Bode, conhecida como RBode. Em um segundo momento, há a investigação de uma técnica de alocação de polos fracionária (FOPP) que leva em consideração critérios de resposta temporal de sistemas fracionários a três termos que, no caso deste trabalho, são o sobressinal e tempo de assentamento, aplicados em um sistema de dois tanques acoplados, e em um conversor CC/CC Buck. A técnica de controle (FOPP) é comparada com outras duas técnicas: sendo elas a técnica clássica de alocação de polos de ordem inteira (IOPP), e uma técnica de sintonia de controladores FOPID baseadas em Margens de Ganho e Margens Fase (GMPM). Os resultados são corroborados por simulações em Ambiente Matlab/Simulink. Os resultados apresentam uma redução de pelo menos, aproximadamente, 15% nos valores dos índices ITAE e ISE relacionados aos desempenhos dinâmicos dos sistemas abordados neste estudo relacionado à variável controlada, com a inserção dos controladores fracionários baseados tanto na topologia utilizando o FOLL quanto utilizando as técnicas FOPP e GMPM, comparados aos valores obtidos desses índices dos controladores sintonizados pelas técnicas de ordem inteira convencional.
Abstract: The use of control techniques is of great importance to maintain competitive performance for electrical and industrial systems suitable to trace behavior adjustment points as close as possible to a desired set point of operation for deviation and oscillation reduced. In this work, fractional automatic control techniques are investigated to improve the performance of industrial systems. Two fractional-order control techniques are studied: one of the Lead-Lag based fractional order (FOLL) type based on the frequency response method and applied to the improvement of power system stabilizers (ESP). Control laws are implemented in the form of digital control in an embedded system, based on microcontroller. The performance of the compensators is evaluated by performing several experimental tests on a 10 kVA reduced scale power system located at the UFPA Electrical Engineering Laboratory. Variation tests are carried out at one pulse in the generator voltage reference at various power operation points of the micro generator system, in addition to the robustness analysis of the system using a robust plot tool from the Bode diagram known as RBode. Second, there is an investigation of a fractional pole allocation technique (FOPP) which takes into account temporal response criteria of fractional systems to three terms, which, in this work, are overtime, settlement time, applied in a coupled tanks system, and in a Buck DC / DC converter, where the FOPP technique is compared with two other techniques: these are the classical technique of integer pole allocation (IOPP), and a tuning technique of FOPID controllers based on Gain Margins and Phase Margins (GMPM). The results are corroborated by simulations in Matlab / Simulink Environment. The results show a reduction of approximately 15% at least in the ITAE and ISE indexes related to the dynamic performances of the systems addressed in this study associated with the controlled variable, with the insertion of the fractional controllers based on both the topology using the FOLL and using the FOPP and GMPM techniques, compared to the values obtained from these indexes of the controllers tuned by conventional whole order techniques.
Keywords: Estabilidade de sistemas de potência
Sistema de potência em escala reduzida
Controle fracionário
Lead-lag de ordem fracionária
Alocação de polos fracionária
Concentration Area: SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA
Research Line: SISTEMAS DE POTÊNCIA
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
Institution Acronym: UFPA
Department: Instituto de Tecnologia
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Source: 1 CD-ROM
Appears in Collections:Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

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