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Diagnóstico e análise de avarias nos enrolamentos estatóricos de motores de indução trifásicos através da aplicação do método dos  referenciais múltiplos

Palavras-chave: DTC induction motor drive,Enrolamento estatórico,Fault analysis,Fault diagnosis,Stator faults

O objectivo primordial deste trabalho é o de propor um novo método de diagnóstico de avarias nos enrolamentos estatóricos de motores de indução trifásicos, quando estes são alimentados quer por fontes de tensão sinusoidal quer por conversores de frequência com controlo directo de binário (DTC). No primeiro capítulo da dissertação, de natureza introdutória, são sintetizadas as principais causas, consequências e métodos de diagnóstico de avarias nos enrolamentos estatóricos dos motores de indução trifásicos. Aqui são enfatizadas as limitações encontradas no diagnóstico deste tipo de avaria recorrendo aos métodos tradicionais, bem como a necessidade de estudar o funcionamento de accionamentos eléctricos com DTC, hoje em dia bastante vulgarizados na indústria mas praticamente ignorados no domínio do diagnóstico de avarias. De seguida é desenvolvido um modelo matemático capaz de simular o comportamento de um motor de indução trifásico quando na presença de curtos-circuitos entre espiras nos enrolamentos estatóricos. Com base neste modelo matemático e em diversos ensaios experimentais, é estudada de forma aprofundada a ocorrência de curtos-circuitos entre espiras e as consequências introduzidas por esta avaria em diversas grandezas eléctricas que caracterizam o funcionamento do motor, com destaque para aquelas que podem ser calculadas com base nos sinais das correntes e tensões de alimentação. Face às limitações das técnicas de diagnóstico tradicionais, é desenvolvido e proposto um novo método de diagnóstico, designado por método dos referenciais múltiplos, capaz de ultrapassar tais limitações e diagnosticar eficazmente a avaria, de forma independente das condições de funcionamento do motor e do seu tipo de alimentação. Por último é demonstrado que o método dos referenciais múltiplos é facilmente integrável no sistema de controlo de um accionamento com DTC, abrindo a porta à concepção de sistemas de controlo/diagnóstico totalmente integrados e a um custo adicional praticamente nulo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise termográfica assistida por computador de dispositivos electromagnéticos

Palavras-chave: Análise termográfica

Esta dissertação é totalmente dedicada ao estudo, análise e simulação do problema do aquecimento e da refrigeração de um dispositivo electromagnético. O método dos elementos finitos foi usado, como uma aproximação numérica diferencial, para resolver o problema da transferência de calor em regime permanente e transitório num dispositivo heterogéneo  e de geometria elaborada. Foi desenvolvido um pacote de programas em 2D, que permitirá ao projectista industrial estabelecer a performance térmica óptima de um dispositivo. Para se aferirem os modelos numéricos estabelecidos e se validarem as técnicas de simulação utilizadas neste trabalho, foram resolvidos problemas típicos de transferência de calor, cujas soluções eram conhecidas, e modelizado o motor assíncrono trifásico do ventilador de insuflação, instalado na Linha 1, Grupo IV, da Central Termoeléctrica de Sines. Os resultados obtidos para o motor de indução, com o pacote de programas desenvolvido foram analisados e comparados com os valores experimentais, fornecidos pelo Gabinete de Projecto da Divisão de Máquinas Eléctricas da Sepsa. Para ilustrar as potencialidades do pacote de programas desenvolvido, foi calculada a distribuição do campo térmico em regime estacionário e transitório do motor de indução para diferentes condições de carga. Os resultados foram analisados e comparados com valores experimentais, apresentando-se em consonância, visto que o erro médio obtido foi de 1.46%, após se ter atingido o equilíbrio térmico.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Previsão de cargas em horizonte de curto-prazo aplicada a subestações de distribuição

Palavras-chave: Sistemas de energia eléctrica

As metodologias de previsão de cargas em geral, têm sido alvo de um desenvolvimento considerável ao longo das últimas décadas, sendo hoje parte integrante dos mais actuais sistemas de planeamento e operação, ao dispor das empresas operadoras dos sistemas de energia eléctrica. Uma das causas deste desenvolvimento, é a tendência de reestruturação do sector eléctrico, que conduziu à liberalização do sector em diversos países, através do desmembramento das iniciais estruturas verticais convertendo-as em horizontais. Nesta dissertação estabeleceu-se uma abordagem metodológica destinada a prever o consumo de curto-prazo (hora seguinte), ilustrada com a aplicação a três subestações de distribuição (60/15kV), responsáveis pelo abastecimento de energia eléctrica à cidade de Coimbra. Existiu a preocupação de criar um modelo cuja implementação fosse pautada por sobriedade de meios. Optou-se por escolher um modelo regressivo baseado em redes neuronais artificiais. A utilização de redes neuronais artificiais, como metodologia de previsão no curto-prazo, tem sido largamente aplicada, com resultados que se podem considerar bastante satisfatórios. A escolha das variáveis que compõem o vector de entrada tem sido objecto de diversas abordagens metodológicas envolvendo diferentes graus de discricionariedade. Propõe-se nesta dissertação uma escolha menos discricionária da informação que deve figurar no vector de entrada. Partiu-se da analogia entre a série temporal de valores de potência activa e um sinal discreto, e efectuou-se uma análise da entropia, avaliando-se a memória de curto prazo da série. Após esta análise, e em face dos resultados verificados, foi explorado o conceito de tendência de evolução do consumo em instantes homólogos do passado da série temporal, o qual permitiu melhorar substancialmente os resultados do modelo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo e implementação de um sistema automático de transformação de programas recursivos

Palavras-chave: Inteligência artificial,Programação automática,Recursão

Esta tese tem por objectivo a construção de um sistema que permita transformar de forma automática, um programa recursivo na versão iterativa equivalente. Deste modo consegue-se optimizar o programa quer do ponto de vista do espaço ocupado quer do ponto de vista do tempo de execução.  O sistema apresentado é uma extensão – do ponto de vista teórico e do ponto de vista prático – do sistema, baseado no método enrolar-desenrolar, de Burstall e Darlington.  Introduz-se a noção de generalização numa teoria equacional e mostra-se a sua ligação à definição automática da função «eureka», usada nos sistemas anteriores de transformação de programas.  Mostra-se a ligação do problema da transformação de programas ao problema da demonstração de teoremas. Introduz-se a noção de sistemas t-completos que permite resolver a questão da utilização de equações na demonstração de teoremas.  O sistema, escrito na linguagem VLISP, corre num PDP/11 sob o sistema operativo RT-11.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Metodologias para a análise de texturas baseadas no conceito de memória associativa

Palavras-chave: Visão por computador

Nesta dissertação apresentam-se metodologias de análise de texturas baseadas no conceito de memória associativa. Em particular são apresentadas três metodologias que são comparadas experimentalmente, tendo-se determinado que a metodologia dos planos produz os melhores resultados. São avaliados os efeitos da variação de parâmetros nas "performances" do modelo baseado em planos. São considerados os efeitos de vários tipos de pré-processamento das imagens, concluindo-se que com alguns deles (alterações do histograma de níveis de cinzento e filtragem passa-baixo) é possível melhorar os resultados. Implementações do modelo dos planos que se baseiam em estimativas das probabilidades de ocorrência dos endereços das memórias associativas são também consideradas. A partir destas implementações é proposto e testado um modelo que, sem pré-processamento das imagens, permite obter melhores resultados que os conseguidos com o modelo dos planos (com pré-processamento).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Apoio à decisão em programação linear multiobjectivo : um modelo para o planeamento estratégico de redes de telecomunicações

Palavras-chave: Redes de telecomunicações,Sistemas de apoio à decisão

A complexidade dos problemas reais que surgem nas sociedades tecnológicas modernas é essencialmente caracterizada pela existência de múltiplos critérios. Os modelos matemáticos, bem como a percepção dos problemas por parte dos decisores, tornam-se mais realistas se os diferentes aspectos da realidade forem explicitamente considerados. Neste contexto, a dissertação tem por base quatro vectores fundamentais: - integração de metodologias de apoio à decisão em problemas de programação linear multiobjectivo representativas de diversas estratégias de pesquisa de soluções não dominadas, no quadro operacional de uma base de métodos. Esta permite a transferência de informação entre os métodos ao longo do processo de decisão, assegurando grande flexibilidade de utilização nomeadamente no que se refere às formas de comunicação de informação entre os métodos e com o decisor. - concepção de técnicas interactivas de análise de sensibilidade em problemas de programação linear multiobjectivo baseadas na exploração do espaço dos pesos. Com as técnicas propostas é possível, de forma interactiva e gráfica, avaliar a estabilidade de soluções não dominadas face à incerteza associada aos dados iniciais, ao modelo matemático e ao carácter evolutivo das preferências do decisor. - concepção de um modelo de programação linear multiobjectivo dedicado ao planeamento estratégico da modernização de redes de telecomunicações, face à introdução de novas tecnologias de suporte e de novos serviços. O modelo é baseado num diagrama de transição de estados e considera três funções objectivo que quantificam o valor associado à evolução das linhas de assinante, o grau de modernização associado à desejabilidade de novos serviços, e o custo da dependência externa das estratégias de evolução. - discussão de um enquadramento conceptual destinado a estabelecer algumas linhas de orientação para o desenvolvimento de sistemas interactivos de apoio à decisão integrando métodos de programação linear multiobjectivo e técnicas de sistemas periciais, incluindo formas de apoio ao decisor que se traduzem em saber como usar o conhecimento adquirido para auxiliar a selecção dos procedimentos ou sequência de procedimentos a serem aplicados a um dado tipo de problema.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Gestão da comunicação entre sistemas de processamento de informação : estudo de modelos arquitecturais e apresentação de um caso prático

Palavras-chave: Sistemas distribuídos

A presente dissertação insere-se na área da gestão da comunicação, uma das áreas de menor desenvolvimento da comunicação aberta entre sistemas de processamento de informação, e divide-se em duas partes: a primeira apresenta as principais características e explora as potencialidades de alguns modelos arquitecturais de gestão da comunicação; a segunda trata da aplicação de um desses modelos arquitecturais a um sistema concreto. Deste modo, na Parte I, após a apresentação do estado actual de desenvolvimento da área e a apresentação de dois modelos genéricos, são discutidos e comparados três modelos arquitecturais de gestão da comunicação. Um desses modelos - o modelo arquitectural de gestão integrada no serviço de camada - é uma proposta baseada em conceitos de gestão inovadores, cujo objectivo é o de possibilitar soluções de gestão significativamente vantajosas relativamente aos outros dois modelos, já anteriormente conhecidos. Nesse sentido, os conceitos base do modelo proposto - a saber, a integração dos serviços de gestão, a distribuição vertical da funcionalidade de gestão, e a gestão de subsistemas - são explorados de modo a evidenciar as suas potencialidades na resolução de um grupo importante de problemas de gestão que existem na generalidade dos sistemas de comunicação. Na Parte II, o modelo arquitectural baseado nos conceitos de gestão introduzidos é aplicado ao sistema de comunicação de um sistema distribuído, tolerante a falhas, para aplicações de controlo em tempo real: o sistema SAFIRA. Após a apresentação dos aspectos gerais do sistema SAFIRA e do seu sistema de comunicação, é apresentado o sistema de gestão da comunicação que, em seguida, é apreciado no que toca às suas capacidades de tolerância a falhas externas e internas ao sistema de comunicação. A apreciação é complementada com base na análise do tempo de resposta do sistema - aspecto de importância vital para o SAFIRA - e num indicador de regularidade da solução adoptada, concluindo-se das boas potencialidades quer do sistema de gestão proposto quer do modelo arquitectural de gestão a ele subjacente.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Controlo remoto de cargas em redes de distribuição um modelo multiobjectivo de apoio à decisão

Palavras-chave: Programação linear multiobjectivo

Este trabalho apresenta uma aproximação multiobjectivo para a resolução do problema do controlo remoto de cargas com o estabelecimento de um modelo que formaliza as preocupações dominantes de um agente de decisão típico no contexto controlo centralizado ao nível do despacho de redes de distribuição de electricidade. A formulação do modelo, baseado em programação linear multiobjectivo incluindo variáveis binárias, apresenta um tratamento global de aspectos de natureza técnica, económica e de qualidade de serviço, que normalmente não se encontram tratados integradamente em propostas metodológicas anteriores. O modelo de apoio à decisão desenvolvido permite ter em linha de conta as principais preocupações em jogo num programa de controlo remoto de cargas, ao considerar como funções objectivo a minimização da ponta do diagrama de cargas visto pela distribuidora, a maximização dos lucros obtidos com a venda da energia necessária para assegurar os serviços de energia fornecidos pelas cargas controladas, e a minimização da degradação da qualidade de serviço causada pelas acções de controlo. Além disso, acautela o tratamento discreto de variáveis que são intrinsecamente discretas, produzindo resultados que não necessitam de pós-processamento de discretização para serem directammente utilizáveis, evitando simultaneamente desvios relativamente à resolução escolhida. Para além destes aspectos de modelação multiobjectivo do problema principal, foi necessário construir a base de representação da realidade física sobre a qual se concretizam os procedimentos de controlo remoto. De facto, foi necessário utilizar um modelo fisicamente baseado de carga de aquecimento eléctrico de água e construir um modelo de representação de grupos com um número significativo de cargas semelhantes que permita avaliar a respectiva contribuição para o diagrama de cargas global da rede, tanto em regime de funcionamento espontâneo como em regime controlado remotamente.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise dinâmica de vibrações em manipuladores robóticos

Palavras-chave: Pseudo phase space,Windowed Fourier transform,Wavelets,Backlash,Impacts,Vibrations,Fractal dimension,Fractional calculus,Robotics

Os manipuladores robóticos apresentam vibrações indesejadas durante o seu funcionamento. Por um lado, estas vibrações resultam de numerosos factores, tais como, folgas, flexibilidades, atritos, não-linearidades e outras causas. Por outro lado, os robôs, ao interagirem com o meio ambiente, geram frequentemente impactos que produzem vibrações que se propagam através de toda a estrutura mecânica. Neste contexto, de modo a reduzir, ou eliminar, o efeito das vibrações e dos impactos, é fundamental estudar as variáveis envolvidas para se poderem definir estratégias adequadas. Nesta ordem de ideias, este trabalho estuda e desenvolve metodologias de análise para aplicações em estruturas de manipulação sujeitas a impactos e a vibrações. As experiências realizadas com o sistema robótico desenvolvido, na presença de impactos, vibrações e na movimentação de líquidos, evidenciaram o comportamento de ordem fraccionária de alguns sinais. A transformada de Fourier com janela, utilizada no estudo dos sinais robóticos, revelou-se uma ferramenta adequada para a análise dos sinais não estacionários, como é o caso dos sinais originados nos fenómenos referidos. Os robôs utilizam uma multiplicidade de sensores de forma a adaptarem-se a perturbações ou a mudanças inesperadas no espaço de trabalho. Os dados assim obtidos podem ser redundantes, uma vez que a mesma informação pode ser captada por dois ou mais sensores. Neste contexto, faz-se um estudo do comportamento do espectro dos sinais e apresenta-se um método de classificação dos sinais que pode contribuir para a optimização da instrumentação utilizada nos sistemas robóticos. No estudo dos sinais robóticos apresentam-se várias experiências suportadas por conceitos da teoria da informação e implementadas através de uma reconstrução do espaço de estados. Assim, determina-se, experimentalmente, uma relação entre os declives das linhas de tendência dos espectros com a dimensão fractal do espaço de estados reconstruído e o correspondente tempo de atraso. Propõem-se ainda dois índices para determinação do grau das folgas em sistemas mecânicos sujeitos a oscilações periódicas. Desenvolve-se também um novo método, baseado na informação mútua, para sintonia da transformada de Fourier com janela.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Classes Fonéticas Alargadas no Reconhecimento Automático de Fones

Palavras-chave: Reconhecimento automático da fala

Esta tese aborda o problema do reconhecimento automático de fones, a partir de um sinal de fala, usando o conceito de classes fonéticas alargadas. A definição automática de classes fonéticas alargadas com base na confusão entre fones é um assunto estudado neste trabalho. Contrariamente ao que é habitualmente feito, em que a definição de grupos de fones semelhantes é estabelecida por um especialista em fonética (recorrendo a conhecimentos de produção articulatória, de regras de fonologia ou de perceção auditiva), neste trabalho propõe-se um método de agrupamento de fones baseado nos resultados de um reconhecedor automático de fones. A informação de confusões entre fones é usada para definir uma métrica da distância entre eles e com ela estabelecer grupos de fones com alta probabilidade de confusão mútua. Neste trabalho apresenta-se também um estudo comparativo envolvendo vários sistemas de deteção de classes fonéticas alargadas (HMM e sistemas híbridos SVM/HMM, SVM/NMD e ANN/HMM), que permitiu tirar conclusões sobre a eficácia das várias arquiteturas nesta tarefa. De forma a otimizar o desempenho do modelo híbrido entre redes neuronais artificiais (ANN) e modelos de Markov não observáveis (HMM), foi desenvolvido um método de treino global deste sistema. Face à inexistência de um método de avaliação especificamente adequado à deteção de eventos, é proposto neste trabalho um novo método de avaliação com alinhamento temporal (AAT), o qual toma em consideração não só a sequência de etiquetas, mas também as respetivas marcas temporais. No âmbito desta tese é ainda implementado um sistema global que integra reconhecimento de classes fonéticas alargadas e de fones, melhorando as taxas de acerto finais ao nível do fone. A integração consta da atribuição de um valor de confiança (através de um peso) à informação de classes fonéticas alargadas. O conjunto de pesos ótimo é encontrado por via de um processo iterativo desenvolvido com base no paradigma do treino discriminativo e que maximiza a taxa de precisão da sequência de fones no sistema de reconhecimento. As experiências realizadas com a base de dados TIMIT confirmam que um sistema de reconhecimento de fones beneficia de representações intermédias entre o sinal de fala e os fones.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Caracterização horária de consumos de energia elétrica e previsão de curto prazo em mercados liberalizados

Palavras-chave: Previsão de Consumos de Eletricidade,Perfis de Consumo,Redes Neuronais,Máquinas de Suporte Vetorial,Análise de Sensibilidades,Electric Load Forecasting,Load Profiling,Artificial Neural Networks,Support Vector Machines,Sensitivity Analysis

O setor elétrico tem sentido alterações muito significativas nas últimas décadas. Com a reestruturação do setor elétrico tem-se assistido a um crescente envolvimento e a uma participação ativa de diferentes agentes, próprio de um setor que passou a ter as suas atividades integrantes juridicamente separadas e com condições criadas para que exista concorrência na produção e comercialização. A previsão de consumos é tradicionalmente imperiosa para o equilíbrio entre a oferta e a procura, bem como para uma rigorosa gestão e planeamento das redes elétricas de transporte e distribuição. A sua pertinência é ainda reforçada com a liberalização dos mercados, uma vez que os comercializadores pretendem dispor de ferramentas que lhes permitam estimar com acuidade a curva de procura agregada do conjunto de consumidores com quem contratualizam. Deste modo, terão uma participação mais conscienciosa em regime de mercado, procedendo a uma ajustada oferta pela quantidade de energia que satisfaça as necessidades de consumo da sua carteira de consumidores. Com a liberalização do setor, a caracterização de consumos tornou-se também uma necessidade legal para permitir o acerto de contas entre o distribuidor e os comercializadores de eletricidade, sempre que as instalações consumidoras não disponham de sistemas de medição com apropriados intervalos de integração. O uso de perfis de consumo é seguido para diferentes classes de consumidores, de modo a que o consumo total medido nos contadores tradicionais possa ser distribuído de forma coerente por diferentes períodos horários. A perspetiva de integração da informação proveniente dos perfis de consumo numa ótica de previsão tem sido pouco explorada, pelo que esta tese procura avaliar a pertinência desta informação para melhorar indicadores de previsão. O estudo explora recentes metodologias de previsão que são também bem reconhecidas na comunidade científica, como são as redes neuronais artificiais e as máquinas de suporte vetorial. O estudo é validado através da previsão de consumos para as diferentes horas do dia seguinte e recorre a dois cenários distintos: no primeiro caso em estudo é considerado um diagrama de carga simulado resultante da agregação de consumidores individuais, enquanto o segundo estudo de caso é relativo a uma saída específica de uma subestação de distribuição de 60/15kV. Os resultados de previsão apresentam erros percentuais absolutos médios da ordem dos 5% em amostras de teste para os dois estudos de caso considerados. A integração de informação proveniente da classificação de consumidores resulta no aumento da qualidade de previsão, nomeadamente em dias especiais, o que é também confirmado através da elevada dependência que os modelos usados têm a estas novas entradas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias