Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

DEFESAS MARCADAS

Teses de Doutorado

Nenhuma defesa de tese marcada

Exames de Qualifica��o

Data: 26/01/2022 - Horário: 14:00
Local: ---
Aluno: Felipe de Brito Freitas
Título: Controllability And Synchronization Of Nonlinear Systems
Banca:
Prof. Dr. Luis Antonio Aguirre - Orientador (DELT (UFMG))
Prof. Dr. V�ctor Costa da Silva Campos ((UFMG))
Prof. Dr. Jos� Roberto Castilho Piqueira (Escola Polit�cnica (USP))
Prof. Dr. Luiz Henrique Alves Monteiro (Departamento (Universidade Mackenzie))
Prof. Dr. Marcelo Amorim Savi (Engenharia Mec�nica (UFRJ))

Data: 31/01/2022 - Horário: 08:30
Local: ---
Aluno: VALCIMAR SILVA DE ANDRADE
Título: Configura��es Alternativas Para Testes e Caracteriza��o de Termina��es de Cabo Supercondutor de Alta Temperatura Cr�tica (hts) Com Capacidade de Limita��o de Corrente
Banca:
Prof. Dr. Wallace do Couto Boaventura - Orientador (DEE (UFMG))
Prof. Dr. Marcelo Azevedo Neves (Departamento de F�sica (UFRRJ))
Prof. Dr. Jos� Osvaldo Saldanha Paulino (DEE (UFMG))
Prof. Dr. Ivan Jos� da Silva Lopes (DEE (UFMG))

Dissertações de Mestrado

Data: 26/01/2022 - Horário: 09:30
Local: ---
Aluno: Junio Eduardo de Morais Aquino
Orientador(a): Guilherme Vianna Raffo
Co-Orientador(a): DANIEL NERI CARDOSO
Título: Whole-body Robust Nonlinear Control Of Aerial Manipulators
Banca:
Prof. Dr. Guilherme Vianna Raffo - Orientador (DELT (UFMG))
Dr. Daniel Neri Cardoso (coorientador) (PPGEE (UFMG))
Prof. Dr. Bruno Vilhena Adorno (DEE (UFMG))
Dr. Brenner Santana Rego (PPGEE (UFMG))
Prof. Dr. Ebrahim Samer El youssef ((UFSC))
Suplente: Prof. Dr. Luciano Cunha de Ara�jo Pimenta (DELT (UFMG))
Resumo/abstract

Resumo

Este trabalho lida com a modelagem e controle robusto de um Manipulador A�reo (MA) sub-atuado, um sistema composto de um Ve�culo A�reo N�o Tripulado (VANT) acoplado com um ou mais bra�os manipuladores, a partir da tradicional perspectiva do quadrotor e de uma nova perspectiva do efetuador final. O MA sub-atuado descrito neste trabalho consiste em um VANT do tipo quadrotor serialmente acoplado com um manipulador planar de 3 graus de liberdade. O sistema de corpo completo � modelo utilizando o formalismo de Euler-Lagrange, resultando em um sistema n�o linear afim nas entradas de controle que � altamente acoplado e que incorpora os efeitos gerados pelos deslocamentos do centro de massa causado pelos movimentos do manipulador. O modelo de corpo completo evita as desvantagens de estrat�gias de controle baseadas em cascata comumente utilizadas no controle de MAs, como a necessidade de considerar os movimentos do manipulador como perturba��es externas no controle do VANT e vice-versa, ou a necessidade de projetar uma lei de controle adicional para lidar com os efeitos dos acoplamentos destes subsistemas. Utilizando o modelo da perspectiva do VANT, dois controladores robustos n�o lineares s�o projetados, um baseado na cl�ssica abordagem H-infinito e um baseado na abordagem W-infinito. Esses controladores foram implementados em um framework de simula��o Hardware-In-the-Loop (HIL), e suas performances comparadas a fim de destacar suas vantagens e desvantagens. Utilizando o modelo da perspectiva do efetuador final permite o uso de estrat�gias de controle de uma �nica camada e consequentemente permite o controle direto da pose do efetuador final. Considerando este modelo, um controlador linear H2/H-infinito misto com restri��es de D-estabilidade e controladores n�o lineares H-infinito e W-infinito s�o projetos e implementados. No entanto, apesar de suas vantagens, o modelo de corpo completo possui uma matriz de in�rcia mal condicionada, um problema causado pela natureza do mecanismo serial do MA e acentuado por grandes diferen�as nos momentos de in�rcia do VANT e dos links que comp�e o manipulador. Para lidar com esse problema, uma nova formula��o de um controlador H-infinito n�o linear � desenvolvida, empregando t�cnicas de pr�-condicionamento e diagonaliza��o da matriz de in�rcia. Gra�as a matriz de in�rcia diagonal, essa formula��o permite o peso individual dos graus de liberdade do sistema, melhorando significativamente o processo de sintoniza��o do controlador em compara��o com formula��es anteriores. Finalmente, os controladores propostos para o modelo do ponto de vista do efetuador final s�o avaliados em simula��es HIL, e uma compara��o baseado no erro de rastreamento de trajet�ria do efetuador final � apresentada.

Abstract

This work deals with the modelling and control of an underactuated Aerial Manipulator (AM), a system composed of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) coupled with one or more manipulator arms from the traditional UAV perspective and a novel end-effector one. The underactuated AM described in this work consists of a quadrotor UAV serially coupled with a 3 Degrees of Freedom (DOF) planar manipulator. The whole-body dynamical system is modeled using the Euler-Lagrange formalism, resulting in a highly-coupled nonlinear system affine in the control inputs, that incorporates the effects generated by the displacement of the Center of Mass (CoM) caused by the manipulator motion. The whole-body dynamical model of the system avoids the drawbacks of common cascade control strategies used in AMs, such as the need to consider the manipulator motion as disturbances in the UAV control design and vice-versa, and to design additional control laws to account for the coupling effects of these subsystems. For the underactuated AM modeled from the UAV perspective, two robust nonlinear controllers are formulated, one based on the classical nonlinear H-infinity control and other based on the novel W-infinity control approach. These controllers are implemented in a Hardware-In-the-Loop (HIL) framework, from which their performance are compared to highlight their advantages and disadvantages. On the other hand, the model from the perspective of the end-effector allows the use of a single-layer control system and, consequently, direct trajectory tracking of the end-effector pose. Considering the whole-body dynamical model obtained from the end-effector perspective, a linear mixed H-2/H-infinity controller with D-stability constraints and nonlinear H-infinity and W-infinity controllers are formulated. As the obtained whole-body dynamical model of the system has an ill-conditioned inertia matrix, a problem caused by the nature of serial mechanisms, which is accentuated by significant differences in the moments of inertia of the UAV and the manipulator links. To address this issue, a new formulation of an H-infinity controller based on pre-conditioning and diagonalization of the inertia matrix is developed. Thanks to the diagonal inertia matrix, the resulting controller allows individual weighting of the system DOF, significantly enhancing the control tuning compared with previous formulations. Finally, the controllers proposed for the model based on the end-effector perspective are evaluated in HIL simulations, and the tracking error of the end-effector pose of all proposed controllers is compared.

Data: 28/01/2022 - Horário: 14:00
Local: ---
Aluno: Lucas Carvalho Gon�alves
Orientador(a): Gustavo Medeiros Freitas
Título: Investiga��o de T�cnicas de Teleopera��o Com Realimenta��o de For�a Para Manipuladores M�veis do Tipo Escavadeira
Banca:
Prof. Dr. Gustavo Medeiros Freitas - Orientador (DEE (UFMG))
Prof. Dr. Armando Alves Neto (DELT (UFMG))
Prof. Dr. Douglas Guimar�es Macharet (DCC (UFMG))
Prof. Dr. Gustavo Pessin (Controle e Rob�tica (Instituto Tecnol�gico Vale - ITV))
Resumo/abstract

Resumo

Teleopera��o pode ser definida como a opera��o de equipamentos ou dispositivos localizados fisicamente distantes do operador, estendendo a capacidade humana de manipularobjetos e controlar equipamentos remotamente, provendo ao operador as informa��es necess�rias para tornar a intera��o o mais natural e transparente poss�vel. Tais sistemas podem ser aplicados em diferentes �reas, como cirurgia m�dica, explora��o espacial, manipula��o de materiais radioativos, inspe��o de �reas confinadas e minera��o. No caso daminera��o, a teleopera��o pode auxiliar na redu��o da presen�a f�sica de trabalhadoresem campo, aumentando a seguran�a e o conforto para os operadores de equipamentos de minera��o, bem como de possibilitar o aumento de produtividade. Neste contexto,o projetoTeleopera��o Avan�ada de Equipamentos de Minera��o, realizado em parceriaentre oInstituto Tecnol�gico Vale (ITV) e oLaborat�rio de Vis�o Computacional e Rob�tica (VeRLab) do Departamento de Ci�ncia da Computa��o da Universidade Federal deMinas Gerais (UFMG), tem como objetivo principal desenvolver um arcabou�o computacional de teleopera��o para realizar tarefas remotas com um ve�culo do tipo escavadeira. Esta disserta��o faz parte do projeto e apresenta um estudo e investiga��o de t�cnicas consideradas como estado da arte para compor tr�s configura��es de realimenta��o de for�a do arcabou�o: a primeira configura��o sem nenhum tipo de informa��o h�ptica doambiente remoto; a segunda com realimenta��o de for�a permitindo ao operador sentir as intera��es da ca�amba da escavadeira com objetos; a terceira combinando as for�as de intera��o com for�as que direcionam o operador ao local de escava��o/dep�sito. As diferentes estrat�gias de teleopera��o s�o verificadas experimentalmente, por meio de testes realizados em ambiente indoor utilizando uma plataforma m�vel com um bra�o manipulador, semelhante a uma escavadeira em escala reduzida. Os experimentos foram realizados em ambiente interno e consistiram no uso de um dispositivo h�ptico e de um joystick para operar a escavadeira rob�tica e emular uma tarefa de carregamento/descarregamento de materiais. Por fim, o NASA Task Load Index (NASA-TLX) foi utilizado com um grupo de volunt�rios para medir a carga de trabalho ao teleoperar a plataforma rob�tica usando as configura��es de opera��o propostas. Os resultados mostram que a realimenta��o de for�a diminui o consumo de energia e atenua o estresse f�sico do equipamento ao ter contato direto com uma superf�cie, assistindo o operador e trazendo seguran�a � m�quina durante a teleopera��o. Contudo, a carga de trabalho para realiza��o da tarefa, medida por meio do NASA-TLX, aumentou para a maioria dos volunt�rios, revelando a necessidade de especializa��o de m�o de obra a medida que sistema se torna automatizado.

Abstract

Teleoperation can be defined as the operation of equipment or devices located physically distant from the operator, extending the human capacity to manipulate objects and control equipment remotely, providing the operator with the necessary information to make the interaction as natural and transparent as possible. Such systems can be applied in different areas such as medical surgery, space exploration, handling radioactive materials, inspection of confined areas and mining. In the case of mining, teleoperation can help reduce the physical presence of field workers, increasing safety and comfort for mining equipment operators, as well as enabling the increase in productivity. In this context, the project Teleopera��o Avan�ada de Equipamentos de Minera��o, carried out in partnership between Instituto Tecnol�gico Vale (ITV) and Laborat�rio de Vis�o Computacional e Rob�-tica (VeRLab) of the Computer Science Department at Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), aims to develop a teleoperation computational framework to perform remote tasks with an excavator-type vehicle. This master thesis is part of the project and presents a study and investigation of techniques considered as state of the art to compose three framework force feedback configurations: the first configuration without any kind of haptic information from the remote environment; the second with force feedback allowing the operator to sense the excavators bucket interactions with objects; the third combining the interaction forces with those that direct the operator to the excavation/deposit site. The different teleoperation strategies are experimentally verified, through tests carried out in a indoor environment using a mobile platform with a manipulator arm, similar to a scaled-down excavator. The experiments consisted of using a haptic device and a joystick to operate the robotic excavator and emulate a material loading/unloading task. Finally, the NASA Task Load Index (NASA-TLX) was used with a group of volunteers to measure the workload when teleoperating the robotic platform using the proposed operating configurations. The results show that the force feedback reduces the equipments energy consumption and the physical stress of the equipment during direct contact with a surface, assisting the operator and providing safety to the machine during teleoperation. However, the workload to perform the task, measured through the NASA-TLX, increased for most volunteers, revealing the necessity for labor specialization as the system becomes automated.

Data: 28/01/2022 - Horário: 14:00
Local: Defesa em sala virtual
Aluna: Maria Tereza Cristeli Souza
Orientador(a): Alberto Resende De Conti
Título: Modelagem do Efeito Corona Em Linhas de Transmiss�o Utilizando O M�todo Fdtd Para O Estudo de Sobretens�es Transit�rias
Banca:
Prof. Dr. Alberto Resende De Conti - Orientador (DEE (UFMG))
Prof. Dr. Fernando Henrique Silveira (DEE (UFMG))
Prof. Dr. �sis Eduardo Silva Leal (DEE (UTFPR))
Resumo/abstract

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo sobre a modelagem do efeito corona para a simula��o de transit�rios eletromagn�ticos em linhas de transmiss�o com perdas vari�veis com a frequ�ncia, utilizando para isso a t�cnica de diferen�as finitas no dom�nio do tempo (FDTD - Finite Difference Time Domain Technique) na solu��o das equa��es do telegrafista. Inicialmente, realiza-se uma revis�o do estado da arte em que a fundamenta��o do efeito corona � discutida em conjunto com o levantamento das formula��es para o c�lculo da tens�o cr�tica e dos modelos para a representa��o do corona no estudo de transit�rios eletromagn�ticos. Em seguida, � apresentada a solu��o rigorosa das equa��es de linha de transmiss�o com perdas vari�veis com a frequ�ncia utilizando a t�cnica FDTD. Demonstra-se como essa t�cnica � capaz de incorporar, de forma natural e precisa, os modelos para a representa��o do efeito corona na simula��o de fen�menos transit�rios. A metodologia tem como diferencial a representa��o da varia��o dos par�metros da linha com a frequ�ncia e a computa��o do comportamento n�o-linear do corona diretamente em seu equacionamento. A implementa��o do modelo desenvolvido, que neste trabalho se restringe ao caso particular de linhas monof�sicas, � realizada no software Matlab; sua valida��o � conduzida com base em registros de medi��es e simula��es dispon�veis na literatura. Finalmente, a partir do modelo desenvolvido, � realizado um estudo de caso simplificado sobre o impacto do efeito corona nas sobretens�es atmosf�ricas em uma linha cuja geometria � empregada em sistemas HVDC (High Voltage Direct Current Transmission). Verifica-se que o efeito corona modifica a forma de onda da sobretens�o incidente em um determinado ponto da linha, reduzindo sua amplitude e aumentando seu tempo de frente, � medida que esta se propaga. Esse resultado indica que a considera��o do efeito corona em estudos de coordena��o de isolamento levaria a sobretens�es menos severas, proporcionando benef�cios sob o ponto de vista da prote��o dos equipamentos instalados em subesta��es.

Abstract

This work presents a study about the modeling of corona for the simulation of electromagnetic transients in transmission lines with frequency-dependent losses, using the Finite Difference Time Domain (FDTD) technique in the solution of telegrapher's equations. Initially, a literature review is carried out in which the corona fundamentals are discussed together with a survey of formulations for the calculation of the critical voltage and models for the corona representation in the simulation of electromagnetic transients. Then, the rigorous solution of the transmission line equations with frequency-dependent losses is presented using the FDTD technique. It is demonstrated how this technique can incorporate, in a natural and accurate way, the corona effect modeling. The methodology has the ability of representing frequency-dependent losses and the nonlinear nature of corona directly in its formulation. The developed model, which in this work is restricted to the case of single-phase lines, is implemented in Matlab; its validation is carried out based on records of measurements and simulations available in the literature. Finally, based on the developed model, a simplified case study is developed on the impact of corona on lightning overvoltages in a line whose geometry is used in High Voltage Direct Current (HVDC) transmission systems. It is verified that the corona effect modifies the waveform of the lightning overvoltage incident at a certain point on the line, reducing the amplitude and increasing the front time as it propagates. This result indicates that the consideration of corona in insulation coordination studies would lead to less severe overvoltages, providing benefits for the protection of the equipment installed in substations.

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