Diseño de un controlador difuso para un estabilizador de sistemas de potencia basado en la técnica LMI. PDF Download
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Author: Carlos Andres Torres Pinzon
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Resumen: Como consecuencia de las múltiples inestabilidades en el comportamiento dinámico de los sistemas eléctricos, se ha empleado durante varios años el uso de Estabilizadores de Sistemas de Potencia (Power System Stabilizer- PSS) como elementos adicionales en la amortiguación y estabilización de los sistemas, permitiendo de esta manera aumentar la capacidad de transmisión de potencia entre generadores y cargas. En los últimos años se han propuesto nuevos esquemas de control para el PSS basado en técnicas de sistemas expertos, tales como algoritmos genéticos, reguladores borrosos, redes neuronales, lógica difusa, conjuntos LMIs (Linear Matrix Inequalities) entre otros, con el objetivo de mejorar el rendimiento del sistema. Este proyecto presenta el diseño de un controlador difuso de un PSS implementado en un sistema de potencia de barraje infinito (SMIB, ingle-machine infinite-bus power system) basado en la técnica LMI. El diseño del estabilizador se constituye principalmente en la construcción de un modelo difuso a partir del modelo matemático del sistema de potencia, el cual es la base principal en la construcción del controlador difuso. Este controlador es de tipo no lineal, el cual será diseñado a partir de controladores lineales locales aplicando criterios de estabilidad global, que serán analizados y procesados mediante la técnica de optimización con desigualdades lineales matriciales (LMI). Esta técnica permitirá encontrar los vectores de realimentación de estado de cada modelo local, garantizando la estabilidad global del sistema [1], [2], [3].
Author: Carlos Andres Torres Pinzon
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Resumen: Como consecuencia de las múltiples inestabilidades en el comportamiento dinámico de los sistemas eléctricos, se ha empleado durante varios años el uso de Estabilizadores de Sistemas de Potencia (Power System Stabilizer- PSS) como elementos adicionales en la amortiguación y estabilización de los sistemas, permitiendo de esta manera aumentar la capacidad de transmisión de potencia entre generadores y cargas. En los últimos años se han propuesto nuevos esquemas de control para el PSS basado en técnicas de sistemas expertos, tales como algoritmos genéticos, reguladores borrosos, redes neuronales, lógica difusa, conjuntos LMIs (Linear Matrix Inequalities) entre otros, con el objetivo de mejorar el rendimiento del sistema. Este proyecto presenta el diseño de un controlador difuso de un PSS implementado en un sistema de potencia de barraje infinito (SMIB, ingle-machine infinite-bus power system) basado en la técnica LMI. El diseño del estabilizador se constituye principalmente en la construcción de un modelo difuso a partir del modelo matemático del sistema de potencia, el cual es la base principal en la construcción del controlador difuso. Este controlador es de tipo no lineal, el cual será diseñado a partir de controladores lineales locales aplicando criterios de estabilidad global, que serán analizados y procesados mediante la técnica de optimización con desigualdades lineales matriciales (LMI). Esta técnica permitirá encontrar los vectores de realimentación de estado de cada modelo local, garantizando la estabilidad global del sistema [1], [2], [3].
Author: César Augusto Rangel Peñaranda
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Author: Aura Ximena González Cely
Publisher: Editorial de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - UPTC
ISBN: 9586606244
Category : Technology & Engineering
Languages : es
Pages : 124
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Las diversas técnicas, métodos y tecnologías para la implementación de sistemas de control que pueden ser utilizados en sistemas de movilidad humana, como una silla de ruedas de accionamiento eléctrico o un prototipo de simulación de la misma, se han recolectado y analizado a través de una detallada revisión bibliográfica. A partir de ella, se han encontrado diferentes tipos de técnicas de instrumentación y control, especialmente las que implican movimientos corporales para accionar dispositivos de asistencia. La implementación del sistema de captura de movimiento utilizado en esta investigación permitió que los movimientos de la cabeza ejecutaran acciones de control en siete direcciones: hacia adelante, hacia atrás, hacia la derecha, hacia la izquierda, hacia atrás a la derecha, hacia atrás a la izquierda y la función de parada, para manejar un prototipo de simulación de silla de ruedas mediante una interfaz gráfica. A partir del desarrollo de proyectos de captura de movimiento biomecánico en el Grupo de Investigación en Software GIS, surgió la motivación para realizar una investigación que se refleja en este libro. Se tiene como objetivo conocer los fundamentos teóricos y experimentales para el diseño e implementación de controladores digitales de posición, velocidad y orientación y, realizar una validación de los conceptos con la simulación de los procesos y después implementar el sistema en hardware y software utilizando un lenguaje de programación de alto nivel. El desarrollo de este libro sienta un precedente en este ámbito de investigación al utilizar un sistema de captura de movimiento y diversas técnicas de control clásico e inteligente. Mediante la aplicación de la lógica difusa, se demuestra la viabilidad de accionar el prototipo de silla de ruedas en diferentes direcciones en función de la orientación de la cabeza, obteniendo las respuestas del sistema en tiempo real. Además, mediante el uso de técnicas de control clásicas, se evidencia la respuesta óptima del sistema, comparando y evaluando los resultados obtenidos. En el ámbito de la salud, este libro presenta un desarrollo tecnológico para mejorar la movilidad de las personas con discapacidades en las extremidades inferiores o superiores mediante el uso de los movimientos de la cabeza y el análisis de estas señales para impulsar un prototipo de simulación. Desde el punto de vista de la ingeniería, concretamente de la ingeniería electrónica y la ingeniería de sistemas, se aplican conceptos teóricos y prácticos de las técnicas de control, discutiendo las teorías que se han presentado en la literatura y mejorando las implementaciones para que el sistema sea más rápido y responda mejor a las intenciones del usuario. Además, se utiliza la aplicación de sistemas basados en la lógica difusa y el uso del multiparalelismo para determinar la posición, la velocidad y la orientación del prototipo en tiempo real. A través de esta investigación surgen trabajos futuros, como generar la completa autonomía del sistema para que las personas con condición de cuadriplejía puedan operarlo, y la implementación del sistema en una silla de ruedas física vaya más allá del prototipo de simulación.
Author: Jhoan David Bermúdez Cardona
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Introducción: Cuando se habla de amortiguar las oscilaciones de un generador sincrónico se habla de mantener la estabilidad del sistema al cual pertenece [1], mediante el control de las fluctuaciones que se presentan en la máquina tras una variación en las condiciones de operación. Dichas variaciones pueden ocasionar la pérdida de sincronismo y llevar el sistema a inestabilidades transitorias. El problema del control de oscilaciones de la máquina síncrona ha sido ampliamente estudiado existiendo literatura especializada que hace referencia a los problemas de inestabilidad y a las técnicas de control. Dichas técnicas de control buscan que el sistema tenga la capacidad de volver a un estado de equilibrio aceptable, después de ser afectado por alguna perturbación (voltaje, potencia o frecuencia). Para mejorar el sistema de amortiguamiento, los generadores están equipados con estabilizadores de sistemas de potencia (PSS) [2], que proporcionan señales de estabilización complementarias en el sistema de excitación, siendo una de las soluciones más rentables ante los problemas de estabilidad. En este trabajo, el problema es aplicar algún método de control inteligente [2, 3, 4] para lograr estabilizar un generador sincrónico conectado a un barraje infinito mediante el ajuste de los parámetros del PSS.
Author: Christopher Salvador Ramírez Revilla
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Una de las áreas de la ingeniería que ha experimentado un crecimiento importante a partir de la década de los 70's hasta la actualidad, ha sido sin duda el diseño de sistemas difusos, esta herramienta matemática no es nueva, pues sus orígenes se remontan a la década de los 60's, con la creación de un nuevo concepto llamado lógica difusa, sin embargo su implementación radica principalmente, en el diseño de sistemas de control difusos que a partir de la década de los 80's y de los 90's han demostrado gran versatilidad en la resolución de una gran cantidad de problemas prácticos, desde el control del mezclado en una fábrica de cementos, pasando por el control de frenado de sistemas de transporte, hasta el control de calidad de limpieza en una lavadora [6; 5] Normalmente en la lógica convencional se tiene un conjunto de enunciados que pueden ser verdaderos o falsos, si o no, 0 ó 1. En el contexto de la lógica difusa, el enunciado de "la temperatura es 25 grados centígrados" puede ser verdadero o falso. Sin embargo, en muchas situaciones la respuesta puede ser más de un simple "...este, no estoy seguro", "quizás", "bueno, depende..." y algunas otras. Por ejemplo, en un día veraniego la frase "la temperatura esta muy alta" no es ni verdadera ni falsa, ya que es una idea cualitativa que representa una opinión más que un hecho objetivo. No existe certeza en estas situaciones, depende del contexto. La lógica difusa maneja esta incertidumbre en ingeniería mediante grados de certeza para responder a una cuestión lógica. Comercialmente, la lógica difusa ha sido usada con gran éxito para controlar máquinas y productos de consumo. Desde un punto de vista práctico las aplicaciones de la teoría difusa han sido concentradas sobre los sistemas difusos, en particular en controladores difusos que permiten realizar el control de sistemas físicos, este tipo de controladores presentan ciertas características como son: control más suave, una reducción importante en la complejidad matemática utilizada y poco conocimiento matemático del modelo con el cuál se desea trabajar. Los sistemas difusos combinan la información de expertos humanos (lenguaje natural) con mediciones físicas de las variables del sistema a través de sensores [12]. Una muestra de aplicaciones comerciales que han utilizado lógica difusa son: control del ambiente, equipos de aire acondicionado, humidificadores, equipos para el hogar, lavadoras y secadoras, aspiradoras, tostadores, hornos de microondas entre otras. Estos controladores han demostrado ser más robustos que el tipo PID, sobre todo cuando se trata de procesos no lineales o procesos de alto orden modelados como primer orden. Normalmente el controlador PID requiere que el modelo del proceso sea de primer orden con tiempo muerto, cuando esto no se cumple, el PID empeora su estabilidad relativa y se torna con una eficiencia baja comparada con un controlador difuso bien ajustado (61. Este último no ha recibido del todo una aceptación amplia en la industria debido a que no cuenta con una metodología formal de ajuste como el PID, además de la presencia comercial de diversas compañías que avalan al PID [5].
Author: Andrea Bedoya Londoño
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Resumen: En este trabajo se describe el desarrollo de un controlador de oscilaciones, tanto para el STATCOM como para el SVC, usando algunos métodos de control inteligente. Se presenta el desarrollo de un controlador difuso sintonizado con técnicas de optimización, tales como, AG, PSO y COA como una opción moderna que permite encontrar los mejores parámetros del control difuso aplicado a los dispositivos FACTS (STATCOM Y SVC), con el fin de lograr amortiguar las oscilaciones del sistema de potencia y con ello garantizar su operación dentro de un rango de estabilidad adecuada. En primer lugar se propone el desarrollo del modelo de las características dinámicas del STATCOM y del SVC. Posteriormente, se diseña el controlador de oscilaciones de tipo difuso, para el STATCOM y para el SVC, haciendo su ajuste de ganancias de manera heurística. Luego, se usan las técnicas de optimización (AG, PSO y COA) para realizar nuevamente la sintonización de las ganancias del controlador difuso, con el fin de incrementar el amortiguamiento de las oscilaciones en el sistema de prueba. Los métodos propuestos se prueban en un sistema SMIB con los dispositivos STATCOM y SVC incluidos independientemente. Finalmente, con la ayuda de todos los datos recopilados, se formulan las conclusiones pertinentes, de las cuales, se hace énfasis en los aspectos más relevantes encontrados durante la investigación, se mencionan las desventajas o inconvenientes encontrados en la misma y se realizan recomendaciones para trabajos futuros.
Author: Jesús Antonio Báez Moreno
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El trabajo de tesis doctoral presentado en esta memoria es una contribucion al diseño e implementación de sistemas basados en lógica difusa, especialmente controladores difusos, planteando soluciones teóricas y practicas para llegar a la realización final de un controlador difuso a partir de datos disponibles sobre el problema, o un conocimiento cualitativo de este, y optimizando la relación prestaciones/complejidad de dicha realización. A continuación se hace una breve descripción de los capítulos de los que consta la presente memoria: Capitulo 1: se realiza un introducción a los conceptos y estructura de un sistema difuso, enfocado hacia el área del control. Capitulo 2: se discute la relevancia e importancia comparativa de las distintas fases que construyen la inferencia difusa. Para abordar la resolución de esta cuestión, se ha utilizado una herramienta estadística apropiada: el análisis de la varianza multifactorial. Para reafirmar las conclusiones obtenidas a partir de controladores simulados por ordenador, se experimento con un sistema real. Capitulo 3: desarrolla un nuevo procedimiento para el diseño de sistema adaptativos y autoorganizativos directos de control, de forma conjunta. Se muestra como el sistema es capaz de resolver eficazmente el diseño de un controlador, utilizando un conocimiento previo reducido y a nivel cualitativo de la aplicación. .capitulo 4: propone una nueva metodología para la construcción de controladores difusos, a partir de vectores de entrada/salida. Se ha denominado como algoritmo dacd. Tanto la topología del sistema, el numero de reglas y de funciones de pertenencia, como sus magnitudes, son directamente construidas, sin la necesidad de información previa adicional. Capitulo 5: se analiza el sistema dacd frente a otros paradigmas actuales como son las redes neuronales y los algoritmos genéticos. Se construye un sistema hibrido neuro-difuso que se puede utilizar conjuntamente con el algoritmo dacd, disponiéndose así de una herramienta muy apropiada para la adquisición, representación y optimización del conocimiento en térrminos de la lógica difusa. Capitulo 6: se analiza la implementación electrónica de circuitos analógicos para la construcción de sistema difusos integrados. Se plantean diversas alternativas para el desarrollo de los bloques funcionales básicos de la inferencia difusa. Se diseñan dos controladores completos, trabajando en modo de tensión y en corriente. Se discute la adecuación de cada uno de ellos con la estructura del sistema implementado. Capitulo 7: recoge las conclusiones y resume las aportaciones principales del presente trabajo, así como las líneas a seguir en investigaciones futuras.
Author: Carlos A. Buelna Avalos
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Pages : 87
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La tesis doctoral es una contribución al diseño automático de sistemas difusos aplicados especialmente al área del control. El trabajo se centra en dos campos: la aproximación funcional y la construcción de controladores adaptativos. En el primer campo, se presenta una nueva metodología para el diseño automático de sistemas difusos a partir de la información proporcionada por un conjunto de vectores de E/S. Desde cero y a través de diversos análisis tanto a nivel local como global de los errores cometidos, el algoritmo es capaz de ir construyendo sistemas difusos completos, intentando optimizar la relación existente entre la complejidad del sistema final y el grado de aproximación obtenido. Dentro del segundo campo citado, se introduce una novedosa y completa metodología para el diseño automático de controladores difusos directos a tiempo real. Desde una estructura vacía y a partir de una información cualitativa reducida sobre el sistema a controlar(concretamente el signo de la monotonía de la planta, su retraso y una estimación de qué variables de entrada pueden influir en su comportamiento), el algoritmo analiza la evolución del proceso y va auto-diseñando el controlador difuso principal mientras éste opera en tiempo real, abordándose, al igual que en el caso anterior, tanto el problema de la identificación de la estructura del controlador como el ajuste de sus parámetros. Los procedimientos de diseño automático propuestos se han plasmado en implementaciones algorítmicas que han sido contrastadas con otras aproximacines propuestas en la bibliografía mediante diversos ejemplos simulados, demostrando mejoras sustanciales en las tasas de error de aproximación y robustez del control.
