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Tipo: Dissertação
Título: Projetos de Controladores Fracionários e Preditivos com Testabilidade Usando FPGA-in-the-Loop
Autor(es): Pereira, Luís Felipe da Silva Carlos
Primeiro orientador: Batista, Edson Antonio
Resumo: Neste trabalho é apresentado uma nova forma de sintonizar controladores PIDOF robustos com a propriedade de amortecimento iso ou do inglês iso-damping, utilizando algoritmos de evolução diferencial e com a redução de ordem de sistemas lineares aplicando norma L2. Além disso, apresenta-se uma forma de projetar controladores preditivos multivariáveis baseados em funções ortonormais de Laguerre e com grau de estabilidade prescrito para a comparação com o PIDOF. Para a validação de ambos os controladores, a ferramenta FPGA-in-the-loop, disponível em ambiente MATLAB®/Simulink, foi utilizada em con- junto com uma biblioteca matricial para a elaboração dos códigos em VHDL. Assim, os controladores PIDOF e MPC foram sintonizados para controlar o ciclo de trabalho de operação de um conversor Boost com restrições, e testes experimentais foram realizados em bancada com FPGA para validar ambos os métodos. Os resultados dos controladores supracitados foram satisfatórios, sendo que o MPC-Boost teve, em geral, melhor resposta dinâmica, porém com um custo computacional maior do que o PIDOF-Boost. Por fim, esta dissertação extrapola a aplicação do controle preditivo GPC para o rastreamento de referências polinomiais com funções de Laguerre, restrições na variável de controle e prescrição de estabilidade sobre sistemas multivariáveis. A elaboração do código em VHDL para o GPC tipo m foi comparada com o seu modelo matemático proposto e resultados em FPGA-in-the-loop corroboraram o método.
Abstract: This work presents a new method of tuning robust FOPID controllers that exhibit iso- damping property, using differential evolution algorithm and L2 norm order reduction algorithm for linear systems. Furthermore, it is presented a multivariable predictive controller based on orthonormal Laguerre functions and with a prescribed degree of stability to be compared with the FOPID proposed. For the validation of both controllers in MATLAB®/Simulink environment, the FPGA-in-the-loop tool was used along with a matrix library for the elaboration of VHDL codes. Thus, the FOPID and MPC controllers were designed to control the operating duty cycle of a Boost converter with constraints, and experimental simulations were performed using a test bench with FPGA to validate both methods. The results of the controllers aforementioned were satisfactory, and in general, the MPC-Boost presented superior dynamic response, however with a higher computational burden as related to the FOPID controller. Finally, this thesis extrapolates the application of a predictive control GPC for tracking polynomial references with orthogonal Laguerre functions, restrictions on the control variable and stability prescription over multivariable systems. The VHDL code elaboration for the GPC type m was compared with its proposed mathematical model, and the results with FPGA-in-the-loop simulation corroborated the method.
Palavras-chave: Engenharia de Controle
Engenharia Eletrônica
Algoritmos de Otimização
Otimização de Controladores
Sistemas Digitais
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5558
Data do documento: 2022
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica

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