Дисертації з теми "681.5:621.311.1"

У дипломній роботі проведено аналіз втрат електроенергії в електричних мережах трансформаторної підстанції 35/10 кВ та проведена реконструкція підстанції та електричних мереж 10 кВ для їх зниження й підвищення надійності системи електропостачання. Проведені розрахунки електричних навантажень на прогнозовану перспективу 10 років виходячи з існуючих навантажень на високовольтних лініях 10 кВ та коефіцієнту росту навантаження на розрахунковий період. Проведено обґрунтування заміни трансформаторів підстанції на більшу потужність. Запропонована спрощена формула розрахунку технічних втрат у колах 10 кВ за методом еквівалентного опору. Проведені розрахунки короткого замикання та здійснено вибір засобів автоматики захисту електричного обладнання для забезпечення надійності роботи. Проведена заміна повітряних проводів на ділянках 10 кВ системи електропостачання трансформаторної підстанції. Обґрунтовано та здійснено заміну масляних вимикачів на вакуумні типу ВU/TEL в ланках 10 кВ.

Пояснювальна записка до магістерської дисертації обсягом 122 сторінки, містить 8 таблиці, 68 ілюстрацій та 70 бібліографічних посилання. Метою роботи є покращення енергетичних показників систем електропривода електронавантажувачів на базі двигуна змінного струму. Розглянуті напрямки підвищення рівня енергоефективності електронавантажувачів, проведено дослідження електроприводу з вентильним двигуном електронавантажувача, проаналізовано способи керування вентильним двигуном та вибрано енергоефективний, який полягає в підтриманні сталої величини кута запасу δ перетворювача на мінімальному рівні. Удосконалено систему керування електропривода електронавантажувача, шляхом використання двигуна постійного струму з регулятором швидкості з нечіткою логікою та за рахунок третього закону керування ВД. За результатами досліджень віртуальних моделей ВД з підпорядкованим керуванням та з використанням ПІ-регулятора з нечіткою логікою вибрано модель з fuzzy–регулятором швидкості, оскільки підтримання сталої величини кута запасу δ на мінімальному рівні потребує переналагодження параметрів регуляторів. Отже для побудови енергоефективного привода електронавантажувача доцільне використання в регуляторах швидкості нечіткої логіки. Також на основі результатів зроблені відповідні висновки і надані рекомендації.
The explanatory note to the master's thesis in volume of 122 pages, contains 8 tables, 68 illustrations and 70 bibliographic references. The purpose of the work is to improve the energy performance of electric drive systems based on AC motors. The directions of increasing the level of energy efficiency of electric forklifts are considered, the electric drive with the valve motor of the electric forklift is investigated, the ways of control of the valve engine are analyzed and the energy efficient is selected, which consists in maintaining a constant magnitude of the reserve angle δ of the converter at the minimum level. The control system of the electric forklift truck electric motor has been improved by the use of a DC motor with a speed controller with fuzzy logic and due to the third law of VD control. According to the results of studies of virtual models of subordinate control VD and using a fuzzy logic controller, a model with a fuzzy speed controller is chosen, since maintaining the constant magnitude of the stock angle δ at the minimum level requires adjusting the parameters of the regulators. Therefore, it is advisable to use fuzzy logic speed controllers to build an energy efficient electric forklift drive. Results are also based on the findings and recommendations made.
Целью работы является улучшение энергетических показателей систем электропривода электропогрузчиков на базе двигателя переменного тока. Рассмотрены направления повышения уровня энергоэффективности электропогрузчиков, проведено исследование электропривода с вентильным двигателем электропогрузчика, проанализированы способы управления вентильным двигателем и выбрано энергоэффективный, который заключается в поддержании постоянной величины угла запаса δ преобразователя на минимальном уровне. Усовершенствована система управления электропривода электропогрузчика, путем использования двигателя постоянного тока с регулятором скорости с нечеткой логикой и за счет третьего закона управления ВД. По результатам исследований виртуальных моделей ВД с подчиненным управлением и использованием ПИ-регулятора с нечеткой логикой выбрано модель с fuzzy-регулятором скорости, поскольку поддержание постоянной величины угла запаса δ на минимальном уровне требует переналадки параметров регуляторов. Так что для построения энергоэффективного привода электропогрузчика целесообразно использование в регуляторах скорости нечеткой логики. Также на основе результатов сделаны соответствующие выводы и даны рекомендации.

Система статистичного оцінювання розладнання технологічного процесу дозволяє визначати відхилення від норми під час виробничого процесу на будь-якому етапі. Проста у використанні, легка у конфігурації. Поставляється у вигляді друкованої плати невеликого розміру з фіксованою кількістю входів та виходів. Дозволяє виявляти розладнання на 25%* відсотків швидше за свої аналоги.

Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 22 червня 2021 р. о 09 .00 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 23 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 403
Новчук Р. Розробка автоматизованої інформаційної системи аналізу даних контролерів розумного будинку. 151 – автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2021. У роботі було розроблено автоматизовану систему для контролю мікрокліматичними умовами в житлових приміщеннях. На першому етапі було розглянуто основні принципи реалізації систем керування розумними будинками з розвитком стандартів IoT. Далі було проаналізовано головні параметри для забезпечення комфорту в житловому приміщенні та створено систему автоматизованого керування ними. Систему було реалізовано на базі контролера Ардуїно. Розроблена система автоматично контролює кліматичні параметри та забезпечує їх індикацію на дисплеї безпосередньо на контролері. Також контролер передає дані на хмарний веб ресурс, де їх можна переглянути на будь-якому ПК в браузері. У роботі також було розроблено мобільний додаток, який дозволяє переглядати показники мікроклімату за допомогою мобільних пристроїв.
Novchuk R. Development of an automatic information system of smart house controllers data analysis. 151 - automation and computer integrated technologies. - Ivan Puliuyi Ternopil National Technical University. - Ternopil, 2021. An automated system for monitoring microclimatic conditions in residential areas was developed. At the first stage, the basic principles of implementation of smart home management systems with the development of IoT standards were considered. Next, the main parameters for ensuring comfort in the living space were analyzed and an automated control system was created. The system was implemented on the basis of the Arduino controller. The developed system automatically controls the climatic parameters and provides their indication on the display directly on the controller. The controller also transmits data to the cloud web resource, where it can be viewed on any PC in the browser. The work also developed a mobile application that allows you to view the microclimate indicators using mobile devices.
ЗМІСТ ВСТУП 5 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 6 1.1. Концепція IoT та реалізації розумного будинку 6 1.2. Огляд середовищ розумного дому на основі IoT 10 2. ПРОЄКТНА ЧАСТИНА 15 2.1. Постановка задачі для системи контролю мікроклімату 15 2.2. Реалізація розроблюваної системи 20 3 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 25 3.1 Розробка алгоритму роботи системи керування 25 3.2 Розробка мобільного додатку для системи керування. 35 4 БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, ОСНОВИ ХОРОНИ ПРАЦІ 39 4.1 Огляд реалізації управління охороною праці. 39 4.2 Вимоги щодо організації робочого місця користувача ПК 42 4.3 Огляд системи моніторингу довкілля 44 4.4 Методи створення цивільного захисту робочого персоналу на об’єктах промисловості 46 ВИСНОВКИ 50 БІБЛІОГРАФІЯ 51

Системи електропостачання - це сукупність джерел електричної енергії, силових трансформаторів, повітряних та кабельних ліній електропередачі, розподільних пристроїв, перетворювачів струму та напруги, засобів захисту та управління, допоміжних пристроїв та інших технічних засобів, призначена для забезпечення споживачів електроенергією у необхідній кількості необхідної якості. Якість електроенергії - це сукупність властивостей електричної енергії, що відображає ступінь відповідності встановленим значенням параметрів електричної енергії, кількісно характеризує властивості електричної енергії (частоту, напругу, форму кривої напруги), є мірою електромагнітного впливу системи електропостачання на прилади, апарати, засоби управління, зв’язку та ін., проявляється у вигляді кондуктивних електромагнітних завад. Зниження якості електроенергії у системах електропостачання може призвести до зміни режимів роботи електроприймачів і в результаті – до скорочення терміну служби електрообладнання, підвищення ймовірностей аварій тощо. В реальних системах електропостачання підтримання якості електроенергії в заданих межах забезпечується автоматичним регулюванням окремих показників якості [5]. Нині з’явилися нові технології, які суттєво впливають на забезпечення надійності електроенергетичної системи. Насамперед слід зазначити: нове покоління комутаційної апаратури для всіх класів напруги з практично необмеженим ресурсом та електронні КРП, що дозволяє переглянути завдання надійності підстанцій; стрімкий розвиток силової електроніки та нових матеріалів; значний прогрес у галузі ізоляції електрообладнання [23]. Системи електропостачання промислових підприємств не повинні бути багатоступінчастими, мережі живлення не повинні бути довгими, а спосіб прокладання мережі повинен бути максимально простим. Крім того, система зобов’язана забезпечувати можливість впровадження нового обладнання, тобто повинна бути масштабованою
У кваліфікаційній роботі розроблена модернізація ефективної системи електропостачання підприємства з технологією виробництва покрівельного прокату. Проаналізований технологічний процес порошкового фарбування листового металопрокату. Розраховані електричні навантаження силової та освітлювальної мереж, струми короткого замикання; проведений вибір ефективних перерізів кабельно–провідникової продукції. Проведений розрахунок ефективного схемо–технічного рішення електромережі підприємства з дворівневим розміщенням установок компенсації реактивної потужності.
In the qualification work the modernization of the efficient power supply system of the enterprise with the technology of roofing production is developed. The technological process of powder coating of rolled sheet metal is analyzed. Electrical loads of power and lighting networks, short-circuit currents; the choice of effective cross-sections of cable-conductor products is calculated. The calculation of the effective circuit-technical solution of the power grid of the enterprise with two-level placement of reactive power compensation units is carried out.
ВСТУП ... 6 1 АНАЛІТИЧНИЙ РОЗДІЛ ... 9 1.1 Аналіз енергетичної ефективності систем електропостачання .... 9 1.2 Аналіз методів дослідження ефективності систем електропостачання промислових підприємств ... 12 1.3 Аналіз технологічного процесу порошкового фарбування листового металопрокату ... 14 1.4 Автоматичний пристрій регенерації порошкової фарби ... 18 1.5 Аналіз енергетичних переваг застосування полімерних порошкових покриттів ... 21 1.6 Загальна характеристика електроприймачів ... 23 1.7 Загальна характеристика електроспоживання підприємства ... 24 1.8 Вибір схеми електропостачання ... 24 1.9 Висновки до розділу ... 25 2 РОЗРАХУНКОВО–ДОСЛІДНИЦЬКИЙ РОЗДІЛ ... 26 2.1 Загальна характеристика потужностей основного виробництва.. . 26 2.2 Розрахунок електричних навантажень основного виробництва ... 27 2.3 Розрахунок центрів електричних навантажень ... 28 2.4 Визначення розрахункових навантажень виробничого обладнання ... 30 2.5 Розрахунок електричного освітлення виробничих дільниць ... 33 2.6 Розрахунок навантаження щитка освітлення ... 35 2.7 Розрахунок потужності розподільчих пристроїв ... 35 2.8 Розрахунок навантаження силового трансформатора ... 36 2.9 Схемо-технічні рішення ефективних електромереж промислових підприємств ... 37 2.10 Висновки до розділу ... 44 3 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ ... 46 3.1 Вибір захисної апаратури електромережі підприємства ... 46 3.2 Проєктне рішення ... 49 3.3 Розрахунок максимальних струмів кіл навантаження силового трансформатора ... 50 3.4 Вибір компенсувальних пристроїв реактивної потужності ... 54 3.5 Вибір площі перерізу проводів і жил кабелів ... 56 3.6 Кабельний журнал ... 58 3.7 Перевірка струмовідних частин на термічну стійкість ... 59 3.8 Релейний захист трансформаторів підстанції ... 60 3.9 Висновки до розділу ... 60 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ ... 61 4.1 Аналіз і заходи з усунення шкідливих факторів виробництва фарбованого покрівельного прокату ... 61 4.2 Електробезпека на виробництві. Технічні засоби електробезпеки ... 64 4.3 Стійкість виробництва фарбованого металопрокату в умовах дії надзвичайних ситуацій ... 66 4.4 Вимоги щодо улаштування системи електрозабезпечення виробництва у надзвичайних ситуаціях ... 67 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ... 69 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ... 71

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.03 – системы и процессы управления. – Харьковский национальный технический университет сельського хозяйства имени Петра Василенка. – Харьков, 2015. Диссертация посвящена решению проблемы поддержки принятия решений и оценки их эффективности в системе управления качеством процесса распределения электрической энергии при неоднородных режимах работы в условиях неопределенности. Проведенный анализ литературных источников показал, что в системах управления распределением электрической энергии (СУРЭ) имеют место неоднородные режимы вследствие несимметрии и несинусоидальности токов и напряжений, обусловленные неравномерным распределением электроприемников между фазами и наличием электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками, что в свою очередь негативно сказывается на работе электрооборудования объектов электроснабжения и сроке его службы, а также приводит к увеличению дополнительных потерь электрической энергии. Исследована работа СУРЭ в условиях неоднородности режимов вследствие несимметрии и несинусоидальности напряжения. Разработан метод оценки качества электрической энергии в СУРЭ с однофазными нагрузками, который позволяет определять уровни напряжений у потребителей и потери при любой ее конфигурации, несиметрии токов и напряжений. Разработан метод определения потерь электрической энергии в СУРЭ при неоднородных режимах вследствие несимметрии напряжений, который позволяет производить вычисления по величинам напряжений в начале и в конце линии и ее средним электрическим параметрам. Разработан комплекс технических средств, которые позволяют выполнять как мониторинг, так и осуществлять корректирующее воздействие на параметры неоднородных режимов СУРЭ и показатели качества электрической энергии, а также снижать дополнительные потери от неоднородных режимов.
Dissertation for scientific degree of doctor of technical sciences on specialty 05.13.03 – management of systems and processes. – Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture. – Kharkiv, 2015. The thesis is devoted to the problem solving of decision-making supporting and valuing their effectiveness in the system of quality management process of distribution of electric power in heterogeneous modes under uncertainty. It was developed valuation methods heterogeneous operating mode of SOED, taking into account unsymmetric with stochastic or deterministic nature, in order to raise the effectiveness of process control of electrical energy distribution. With the purpose of identification of heterogeneous regimes as result of non-sinusoidal voltage distortion in SOED a method based on the wavelet analysis and neural network developed and it allows you to recognize a distorted image signal voltage. It was investigated that wavelet Paul can provide various voltage distortion and gain frequency components and their positions at the time axis simultaneously.It was worked out a method for decision support with a equal distribution of SOED using genetic algorithms, which allows you select the Pareto-optimal solutions in terms of reduction of losses and the quantitative re-strapping. Also, it was developed the method of decision-making in SOED by equal distribution of electro-based neural network that uses voltage average of distribution at the maximum loading per the season, thus reducing the additional losses of electricity.In order to assess the quality of the control system functioning of electricity distribution quality in terms of uncertainty it was developed the method, which evaluates a fuzzy extent accordance to standards and quality indicators to track change of electricity quality even if the major parameters do not exceed permissible values.

In diploma work is solves the practical problem of ensuring the reliability of the operation of traction substation power equipment based on the modernization of the power units and the introduction of maintenance and diagnostics of the status of power transformers. The calculations of electrical loads and electrical protection of the feeders of the traction substation contact network and the substation's own needs were carried out. The analysis of improvement of reliability indicators of units of traction substation is carried out. A structural and logical scheme for calculating the reliability indicators of the DC traction power supply system has been developed and the probability of failure of the voltage regulation subsystem of lowering and converting transformers operating in parallel has been calculated. The methods of service and diagnostics of the condition of power transformers of the traction substation are offered.
У дипломній роботі вирішено практичну проблему забезпечення надійності роботи силового обладнання тягової підстанції на основі проведення модернізації силових агрегатів та впровадження заходів обслуговування та діагностики стану силових трансформаторів. Проведені розрахунки електричних навантажень та електричних захистів фідерів контактної мережі тягової підстанції та власних потреб підстанції. Проведений аналіз покращення показників надійності агрегатів тягової підстанції. Розроблена структурно-логічна схема розрахунку показників надійності системи електропостачання тяги поїздів постійного струму та розрахована ймовірність відмови підсистеми регулювання напруги знижувальних та перетворювальних трансформаторів, які працюють паралельно. Запропоновані методи обслуговування та діагностики стану силових трансформаторів тягової підстанції.
ВСТУП ………………………………………………………………7 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА .……………….………………………9 1.1 Оцінка надійності силового обладнання системи тягового електропостачання ………………..………………..………………9 1.2 Аналіз електропостачання електричної тяги ………………14 1.3 Висновки до першого розділу ………………………………20 2 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА ………………………………22 2.1 Аналіз особливостей розрахунку надійності системи тягового електропостачання ………………………………………….……22 2.2 Побудова структурно-логічної схеми для оцінки надійності системи тягового електропостачання ……………………………………24 2.3 Висновки до другого розділу …………………………………32 3 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА ………..……………….……………33 3.1 Розрахунок прогнозованих електричних навантажень тягової підстанції та обґрунтування заміни трансформатора ……………33 3.2 Розрахунок максимальних робочих струмів приєднань та збірних шин тягової підстанції ……………………38 3.3 Висновки до третього розділу ……………...…………………42 4 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА …………...……43 4.1 Розрахунок електричного захисту фідерів 27,5 кВ контактної мережі тягової підстанції ………………...…………………………43 4.2 Розрахунок власних потреб підстанції ………………………49 4.3 Вибір пристроїв електричного захисту фідерів ……………………54 4.4 Впровадження пристрою визначення наявності коротких замикань58 4.5 Висновки до четвертого розділу ……………61 5. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА ……………..…………62 5.1 Обґрунтування необхідності обслуговування та діагностики стану силових трансформаторів тягової підстанції …………………….62 5.2 Сучасні методи технічної діагностики тягових підстанцій ……63 5.3 Висновки до п’ятого розділу ………………..…71 6 ОБГРУНТУВАННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ………….72 6.1 Планування експлуатаційних витрат тягової підстанції …………72 6.2 Визначення собівартості передачі та розподілу електроенергії …..77 7 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 78 7.1 Заходи з охорони праці та техніки безпеки на тяговій підстанції ….78 7.2 Заходи щодо підвищення стійкості роботи тягової підстанції за умов надзвичайних ситуацій …………………85 8 ЕКОЛОГІЯ …………………………………89 8.1 Заходи з екологічної безпеки на тягових підстанціях ………89 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ДО ДИПЛОМНОЇ РОБОТИ …...........94 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ……………………96

У вступі описано особливості науково-технічного забезпечення та заходи підвищення безпеки та надійності роботи промислових печей. Зазначено, що автоматичний контроль процесу виробництва дозволяє своєчасно вносити корективи в хід технологічного процесу та якісно впливати на результати роботи. Охарактеризовано напрямки автоматизації промислових печей. В аналітичній частині наведено загальні характеристики та вимоги до систем контролю параметрів промислових печей. Представлено огляд існуючих систем автоматизації з аналізом їх переваг та недоліків. Обґрунтувано актуальність автоматизації виробничого процесу і вибраного методу розробки. В аналітичній частині проаналізовано технологічні процеси теплообміну в робочій камері печі. Визначено траєкторії руху поздовжніх конвекційних потоків в промисловій печі Описано склад газового середовища та режими тисків. Розраховано температурні режими роботи печі. Визначено розподіл температур по довжині і ширині печі. В конструкторській частині розроблено систему автоматичного контролю рівня шихти, що побудована на основі лазерної системи та забезпечує високу точність при проведенні вимірювань. В розроблених алгоритмах роботи автоматизованої системи керування здійснюється поточний контроль рівня шихти після кожної стадії технологічного процесу. Завантажувач шихти має робочий орган у вигляді шнекового конвеєра, для керування яким треба змінювати його частоту обертання. Для регулювання швидкості подачі використано систему підпорядкованого регулювання з двома контурами регулювання – основним контуром швидкості і внутрішнім, підпорядкованим контуром струму. Ця схема реалізована як каскадна схема вмикання регуляторів. Налагодження кожного регулятора виконується незалежно і послідовно, від внутрішнього контуру зворотного зв’язку до зовнішнього. Розроблено структурну та принципову схему автоматичного регулятора, визначено його передаточні функції та розраховано перехідну характеристику контуру регулювання струму. В науково-дослідній частині представлено функціональну та структурну схеми системи автоматичного регулювання температури промислової печі. Виведено диференціальні рівняння та знайдено передаточні функції елементів системи автоматичного регулювання. Проведено моделювання системи автоматичного регулювання в програмному середовищі МatLab. Результати моделювання підтвердили універсальність використаного ПІД-регулятора, адже завдяки його використанню в системі автоматичного управління температурою печі було досягнуто заданих показників якості. В спеціальній частині описано особливості використання пакетів прикладних програм для автоматизації проектування та розрахунку системи контролю та регулювання параметрів печі. В частині «Обґрунтування економічної ефективності» розраховано економічний ефект та термін окупності запропонованої розробки. В частині «Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях» розглянуто питання планування робіт по охороні праці на підприємствах. Розглянуто правові основи забезпечення безпеки в надзвичайних ситуаціях. В частині «Екологія» проаналізовано сучасний екологічний стан України, розглянуто питання забруднення довкілля, що виникає внаслідок реалізації технологічного процесу, а також запропоновано заходи зі зменшення забруднення довкілля. У загальних висновках щодо дипломної роботи описано прийняті в проекті технічні рішення і організаційно-технічні заходи, які забезпечують виконання завдання на проектування. В додатках до пояснювальної записки приведено відомості специфікацій. В графічній частині приведено креслення системи керування та контролю параметрів промислової печі, алгоритми роботи печі, математичні моделі та результати моделювання роботи печі.
Запропоновано раціональні схеми системи автоматичного управління та контролю параметрів промислової печі. Проведено моделювання електроприводу завантажувача шихти в промислову піч. Запроновано структурні моделі системи автоматичного регулювання температури промислової печі. Запропонований варіант структури системи автоматичного контролю параметрів печі можна застосовувати при проектуванні нових промислових печей не залежно від їхнього призначення та використовуваних енергоносіїв. Автоматичне керування роботою печі дозволяє підвищити продуктивність та якість продукції.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми роботи. Мета роботи: Об’єкт, методи та джерела дослідження. Наукова новизна отриманих результатів Практичне значення отриманих результатів Апробація Структура роботи ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ В аналітичній частині В конструкторській частині В науково-дослідній частині В спеціальній частині Обґрунтування економічної ефективності Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях Екологія ВИСНОВКИ СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ АНОТАЦІЯ Ключові слова ANNOTATION Key words

Підвищення ефективності систем енергопостачання є одним з пріоритетних завдань електроенергетики. Увага до цієї теми зумовлена необхідністю збереження енергоресурсів, виключення їх втрат, зниження аварійних ситуацій на виробництві [7]. Висока частка втрат електроенергії у системах електропостачання промислових підприємств, що сягає за деякими підрахунками (15 ... 17)% виникає, в основному, через експлуатацію застарілого та зношеного обладнання, стан якого вимагає термінового ремонту, а також через відсутність впровадження контрольних автоматизованих систем стеження та регулювання витрат електроспоживання та невідповідності сучасним вимогам стандартів обліку [3]. Одним із проявів підвищених втрат електроенергії є погіршення її якості внаслідок наявності в електромережах вищих гармонійних складових напруги основної частоти. Наявність вищих гармонік зумовлює такі небажані прояви: – утруднення компенсації реактивної потужності за допомогою установок з конденсаторними батареями; – поява додаткових втрат в електричних машинах, трансформаторах та електромережах; – скорочення терміну служби ізоляції електричних машин та апаратів; – погіршення роботи пристроїв автоматики, релейного захисту, телемеханіки та зв’язку; – поява значної додаткової похибки лічильників електроенергії та інших вимірювальних приладів [23]. Наявність вищих гармонік в електромережі створює додаткові проблеми для сучасного високотехнологічного обладнання, наприклад, ливарно-механічного, в якому широко застосовуються комплекси з числовим програмним управлінням. Для забезпечення живлення систем управління такими комплексами в умовах ливарно-механічного виробництва необхідна виокремлена електромережа з підвищеною якістю електроенергії.
У кваліфікаційній роботі розроблені заходи підвищення ефективності системи електропостачання комплексу високотехнологічного обладнання з числовим програмним управлінням для ливарного виробництва. Проведений аналіз комплексу проблем ефективності функціонування систем електропостачання промислових підприємств з низьким рівнем якості електроенергії та визначені методи їх вирішення. Досліджені особливості побудови схем електропостачання у мережах з вищими гармоніками. Подані математичні моделі додаткових втрат активної потужності та тривалості служби ізоляції. Розроблений вузол покращення якості електроенергії для виокремленої системи живлення апаратури керування верстатами з числовим програмним управлінням в умовах ливарного виробництва. Проведений розрахунок електричних навантажень виробничого обладнання, освітлення, потужності ввідно-розподільчого пристрою та силового трансформатора.
In the qualification work, measures to increase the efficiency of the power supply system of a complex of high-tech equipment with numerical program control for foundry production have been developed. The analysis of a complex of problems of efficiency of functioning of power supply systems of the industrial enterprises with a low level of quality of the electric power and the certain methods of their decision is carried out. Features of construction of power supply schemes in networks with higher harmonics are investigated. Mathematical models of additional losses of active power and duration of insulation service are presented. The unit for improving the quality of electricity for a separate power supply system of control equipment for machines with numerical program control in the conditions of foundry production has been developed. The calculation of electrical loads of production equipment, lighting, power input-distribution device and power transformer is carried out.
ВСТУП ...7 1 АНАЛІТИЧНИЙ РОЗДІЛ ... 10 ВПРОВАДЖЕННЯ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В МАШИНОБУДІВНУ ГАЛУЗЬ УКРАЇНИ ... 10 1.1 Використання верстатів з числовим програмним керуванням .... 10 1.2 Створення гнучкого автоматизованого виробництва ... 12 1.3 Ефективність функціонування систем електропостачання промислових підприємств та методи її підвищення ... 14 1.4 Технологічний процес ливарного виробництва у ТзОВ «Механічно- ливарний завод» ... 19 1.5 Визначення категорії надійності і вибір схеми силової мережі ... 21 1.6 Загальна характеристика основного виробництва ... 22 1.7 Загальна характеристика електроспоживання ливарного виробництва ... 24 1.8 Висновки до розділу ... 24 2 РОЗРАХУНКОВО–ДОСЛІДНИЦЬКИЙ РОЗДІЛ ... 26 2.1 Вихідні дані для розрахунку та загальна характеристика електроприймачів ... 26 2.2 Складання схеми електропостачання ливарно-механічного виробництва ... 27 2.3 Розрахунок електричних навантажень ливарно-механічного виробництва ... 28 2.4 Розрахунок центрів електричних навантажень .... 30 2.5 Визначення розрахункових навантажень виробничого обладнання ... 32 2.6 Розрахунок електричного освітлення дільниць ... 36 2.7 Розрахунок навантаження щитків освітлення ... 39 2.8 Розрахунок потужності ввідно – розподільчого пристрою ... 40 2.9 Вибір місця встановлення та розрахунок навантаження силового трансформатора ... 40 2.10 Розрахунок та вибір компенсуючих пристроїв реактивної потужності ливарного виробництва ... 41 2.11 Вибір марки і перерізу високовольтних живильних струмоведучих частин ... 42 2.12 Висновки до розділу ... 44 3 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ ... 45 3.1 Вибір площі перерізу проводів і жил кабелів ... 45 3.2 Кабельний журнал ... 47 3.3 Вибір захисної апаратури електромережі виробництва ... 47 3.4 Проєктне рішення ... 52 3.5 Максимальні струми кіл навантаження силового трансформатора ... 53 3.6 Вибір електрообладнання трансформаторної підстанції й низьковольтної електромережі ... 59 3.7 Перевірка струмопровідних частин на термічну стійкість .... 62 3.8 Особливості побудови схем електропостачання у мережах з вищими гармоніками ... 62 3.9 Висновки до розділу .... 67 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ ... 69 4.1 Заходи електробезпеки при експлуатації електроустановок на ливарно–механічному виробництві ... 69 4.2 Вплив шуму на організм людини і розроблення заходів щодо зниженню рівня шуму у виробництві ... 71 4.3 Заходи пожежної безпеки на ливарно–механічному виробництві ... 72 4.4 Підвищення стійкості ливарно–механічного виробництва в умовах можливих надзвичайних ситуацій ... 74 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ... 77 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ... 79

У дисертаційній роботі вирішується науково-прикладна задача створення методів векторного полеорієнтованого керування автономними асинхронними генераторами, спрямованих на підвищення їх статичних та динамічних характеристик. Виконано теоретичний аналіз та дослідження властивостей стійкості та характеристик систем векторного керування АГ з ПІ-регуляторами струмів та напруги, які модифіковано для врахування насичення магнітної системи АГ. Синтезовано та теоретично обґрунтовано нові методи векторного керування підсистемою потокозчеплення АГ, які дозволяють синтезувати робастні до варіацій активного опору ротора алгоритми регулювання вектора потокозчеплення ротора в системах з прямим та непрямим полеорієнтуванням. Розроблено новий метод лінеаризуючого зворотним зв’язком керування напругою ланки постійного струму, який забезпечує лінійну динаміку підсистеми регулювання напруги незалежно від режимів роботи АГ. Розроблено адаптивну систему векторного керування, яка побудована з використанням нелінійного принципу розділення на основі неадаптивного алгоритму робастного векторного керування і розробленого адаптивного спостерігача вектора потокозчеплення ротора, який враховує насичення магнітної системи асинхронної машини. Результати експериментальних досліджень розроблених структур векторного керування на створених експериментальних установках з АГ потужністю 2.2 кВт та 5.5 кВт співпадають з результатами математичного моделювання.
The thesis is devoted to research and development of new vector control algorithms for autonomous induction generators (IG) with improved static and dynamic characteristics. Based on the analysis of existing control methods and types of existing electric power generation systems, it is shown that: a) the classic PI-vector control algorithm has no rigorous theoretical substantiation; b) the stability of essentially nonlinear system is not proved; and c) it is sensitive to coordinate and parameter perturbations. The theoretical analysis and investigation of the stability properties and characteristics of the saturated IG vector control systems in the standard configuration with linear PI current and voltage controllers (which take into account the saturation of IG magnetic system) are performed. Classic algorithm provides local asymptotic stability of DC-link voltage and rotor flux regulation under limited load current and decomposition of the voltage and q-axis current subsystems, based on the two-time scale separation. A new feedback linearizing control of DC-link voltage is developed. It is synthesized on the base of the balance equation of electromechanical conversion and for the first time provides the linear dynamics of the voltage regulation subsystem regardless of changes in angular speed, module of rotor flux vector and load current. A method for the synthesis of direct vector control of the IG flux subsystem based on a new reduced order flux observer has been developed. The systems with developed algorithms were studied in simulation. It is shown that static and dynamic characteristics degrade when using standard configuration with linear PI current and voltage controllers under conditions of active rotor resistance variation. Under high active rotor resistance increase, this algorithm does not provide stable operation unlike developed robust algorithm. The robust algorithm with direct field orientation has been developed, which provides robustness to variation of rotor active resistance. An adaptive observer, which takes into account the IG saturation, has been synthesized and investigated in autonomous mode and as part of an adaptive control system. It provides higher accuracy level of flux tracking by applying the combination of robust vector control algorithm (to rotor active resistance variations) and the adaptive observer, providing exponential estimation of rotor active resistance. The adaptive control system does not require information about the initial values of the rotor active resistance. Intensive experimental comparison study of proposed controllers and indirect vector control with linear PI voltage regulators were conducted on the created experimental installations with IGs of 2.2 kW and 5.5 kW rated power. Experimental results coincide with the simulation and shows that improved dynamic quality indicators of DC-link voltage control are obtained as well as higher efficiency is achieved. The results of the work were implemented in the educational process at the National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" in teaching the subjects "Electromechanical systems in environmentally friendly technologies", "Robust and adaptive control in electromechanical systems".

Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 23 грудня 2019 р. о 12 .30 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 45 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 401
Афтанащук Т.І. Дослідження та розробка автоматизованої системи управління компресорною станцією. 151 – автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2019. В магістерській магістерській роботі було проаналізовано основні аспекти технологічного процесу роботи компресорних станцій. Виявлено основні параметри, які впливають на якість роботи компресорної системи Було розроблено автоматизовану систему керування роботою компресорної станції. Aftanashchuk TI Research and development of an automated compressor station control system. 151 - automation and computer integrated technologies. - Ivan Puliuyi Ternopil National Technical University. - Ternopil, 2019. In the master's thesis the basic aspects of the technological process of compressor station work were analyzed. The basic parameters that affect the quality of the compressor system are revealed An automated control system for compressor start operation has been developed.
ВСТУП 7 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 9 1.1. Аналіз стану виробництва стиснутого повітря 9 1.2 Характеристики систем повітропостачання 12 1.3. Рівень і режими споживання повітря 15 2 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 24 2.1 Огляд схеми функціонування технологічного об’єкту 24 2.2 Основні аспекти автоматизації компресорної станції 26 2.3 Огляд реалізації функціональної схеми 27 3 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 34 3.1 Розробка АСУТП для контролю робои компресорної станції 34 3.2. Обґрунтування та вибір комплексу технічного обладнання нижчого рівня 42 4 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 48 4.1. Система регулювання швидкості КС при використанні електроприводу змінного струму 48 4.2. Дослідження систем на базі ЕП змінного струму ТПН-АД 54 5. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 62 5.1. Програмований логічний контроллер ОВЕН ПЛК110 62 5.2. Одноканальний блок живлення ОВЕН Бп60б-д4 70 5.3. Блок мережевого фільтру ОВЕН БСФ — Короткий опис 72 5.4. Графічна панель оператора з сенсорним управлінням овен сп270 73 5.5. Модуль введення дискретних сигналів Мв110-16д 74 6. ОБГРУНТУВАННЯ-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ 76 6. Техніко-економічне обґрунтування 76 6.1 Розрахунок собівартості одиниці виробу 76 6.2 Прибуток 79 7 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 81 7.1 Характеристика шкідливих факторів виробничого середовища 81 7.2 Забезпечення безпеки життєдіяльності при роботі з ПК 83 8 ЕКОЛОГІЯ 88 8.1 Екологічність створення нових виробництв 88 8.2 Методи зменшення енергоємності та енергозбереження. 89 8.3 Види джерел електромагнітних полів, іонізуючого випромінення та методи їх знешкодження. 91 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ДИПЛОМНОЇ РОБОТИ 95 БІБЛІОГРАФІЯ 96

Розробка мікропроцесорного елементів пристрою вимірювання параметрів електричних сигналів та дослідження його експлуатаційних характеристик.
Розроблено та досліджено пристрій вимірювання параметрів електричних сигналів на базі однокристального мікроконтролера. Використання однокристального мікроконтролера дозволило створити універсальний, компактний та зручний прилад. Разом з цим, прилад є технологічним у виготовленні і простим у налагодженні. Перепрограмовувана пам'ять пристрою дозволяє оперативно змінювати функціональні і сервісні можливості приладу, найгнучкіше відповідаючи вимогам вирішуваної задачі.
Загальна характеристика роботи. Актуальність теми роботи. Мета роботи. Об’єкт, методи та джерела дослідження. Наукова новизна отриманих результатів. Практичне значення отриманих результатів. Апробація. Структура роботи. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ. ВИСНОВКИ. СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ. АНОТАЦІЯ. Ключові слова. ANNOTATION. Key words.

У даній роботі однокорпусна вакуум–випарна установка розглянута як багатомірний об'єкт автоматичного керування й запропоновані нові модифікації лінеаризованих динамічних моделей цієї установки.
В дипломній роботі досліджено основну технологічну операцію згущення методом випарювання до певного змісту сухих речовин. Випарювання здійснюється у випарних апаратах при вакуумному розрідженні, що дозволяє вести процес при знижених температурах. При зниженій температурі кипіння продукту в умовах вакууму досягається значно більша різниця температур між нагріваючою парою і киплячою рідиною. Процес згущення при цьому протікає більш інтенсивно, а знімання пари з одиниці поверхні нагрівання набагато вище в порівнянні з атмосферним випарюванням. У даній роботі однокорпусна вакуум–випарна установка розглянута як багатомірний об'єкт автоматичного керування й запропоновані нові модифікації лінеаризованих динамічних моделей цієї установки. На відміну від відомих запропоновані моделі дозволяють урахувати коливання витрати й температури продукту на вході у вакуум–випарний апарат, а також зміну вакуумметричного тиску. Визначено збурюючі впливи на канал регулювання температури й отримані передавальні функції по цих впливах. Такі передавальні функції дозволяють вирішити завдання синтезу комбінованих систем регулювання температури й вакууму, а також обчислити оптимальні настроювання автоматичних регуляторі. Застосування таких систем у практиці регулювання дозволить підвищити ефективність використання теплоносіїв у вакуум–випарній установці. Запропоновані моделі застосовні для синтезу систем керування вакуум–випарними установками харчових виробництв. Досліджено реологічні і теплофізичні характеристики вихідних і концентрованих полікомпонентних овочевих сумішей. Вивчено основні закономірності тепло- і масообмінних процесів при вакуум-випарюванні полікомпонентних овочевих сумішей і розроблено нові способи виробництва полікомпонентних овочевих концентратів збалансованого складу; визначено раціональні технологічні режими процесу.
In qualifying work investigated the main technological operation of the condensation by evaporation to dry substance content. Evaporation is carried out in the apparatus when the vacuum pressure, which allows to carry out the process at low temperatures. When a lower boiling point product in vacuum conditions is achieved, a much bigger temperature difference between negrauxu steam and boiling liquid. The thickening process thus proceeds more intensively, and the removal of vapor from the surface unit heating is much higher in comparison with atmospheric evaporation. In this paper adenocarpus vacuum evaporation plant is considered as a multidimensional object automatic control and the proposed new modifications linearithmic dynamic models of the plant. In contrast to the known proposed model allows to take into account fluctuations in flow and temperature at inlet in the vacuum evaporation apparatus, and changing the vacuum pressure. Defined impact on the control channel temperature and the obtained transfer functions for these effects. Such a transfer function can solve the problem of synthesis of combined systems temperature control and vacuum, as well as to calculate the optimum settings for automatic controllers. The use of such systems in practice, the regulation will increase the efficiency of heat transfer in the vacuum-evaporation installation. The proposed model is applicable for the synthesis of control systems, vacuum evaporators food production. The rheological and thermo physical characteristics of the source and concentrated multicomponent vegetable mixtures. The main regularities of heat and mass transfer processes during the vacuum evaporation of multicomponent vegetable mixes and developed new ways of producing multicomponent vegetable concentrates balanced composition; defined rational technological regimes of the process.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ВИСНОВКИ
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
АНОТАЦІЯ
ANNOTATION

Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 21 грудня 2020 р. о 08 .00 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 24 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 403
В роботі було розроблено та оптимізовано роботу автоматизованої системи керування процесом формування прокаленого коксу. В ході роботи були максимально використані останні досягнення в теорії автоматичного управління, а також новітні контрольно-вимірювальні прилади і обчислювальна техніка. The work developed and optimized the operation of the automated control system for the formation of calcined coke. In the course of work the last achievements in the theory of automatic control, and also the newest control and measuring devices and computer engineering were as much as possible used.
ВСТУП 6 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 8 1.1. Технологія отримання коксу 8 1.2. Технологія отримання пекового коксу 9 1.3. Особливості досліджуваного процесу 10 2 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 14 2.1 Огляд схеми функціонування технологічного об’єкту 14 2.2. Конструкція обертової прокалювальної печі. 15 2.3. Технологія прожарення 17 2.4. Матеріальний і тепловий баланси прокалювальної печі. 18 2.5. Запуск печі 23 2.7. Технічне обслуговування печі. 24 3 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 26 3.1. Аналіз технологічного процесу як об'єкта управління 26 3.1.1. Впливи, які діють на об’єкт керування. 26 3.1.2. Аналіз керуючих дій, якими можна впливати на процес. 28 3.2. Постановка завдання управління і структури управління. 34 3.2.1. Завдання управління. 34 3.2.2. Реалізація завдання регулювання. 35 3.3. Алгоритм управління. 36 3.4. Функціональна схема локальної системи автоматизації. 37 3.4.1. Перелік основних ситуацій, що призводять До аварійної зупинки: 37 3.4.2. Вибір контролера. 38 3.4.3 Технічний опис Siemens S7-300. Установка. 38 3.4.3.1 Компоненти S7-300 39 3.4.3.2 Побудова системи S7-300 40 3.4.4. Розташування і установка модулів. 42 4 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 44 4.1. Визначення питомої електричного опору пекового коксу 44 4.2. Визначення дійсної густини графіту 46 4.3. Визначення золи в графіті 46 5. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 49 5.1. Структурна схема ктс 49 5.1.1. Вимоги до видів забезпечення асутп прокалювання. 50 5.1.2. Вимоги до надійності. 52 5.1.3. Характеристика структури комплексу технічних засобів АСУ. 54 5.1.4. Характеристика структури комплексу засобів управління ділянки прокалювання. 54 5.2 Програмування контролера 55 6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 58 6.1 Організація охорони праці при експлуатації печей 58 6.2 Електробезпека 60 6.3 Розрахунок заземлення 63 6.4 Розрахунок стійкості об’єкта до вибуху газо-повітряної суміші 66 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ 68 БІБЛІОГРАФІЯ 69

Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 22 червня 2021 р. о 09 .00 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 23 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 403
Диня М.В., Драбик О.І.Розробка автоматизованої системи керування вентиляцією та кондиціонуванням повітря у виробничих цехах. 151 –Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. –Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя. –Тернопіль, 2021. У даній кваліфікаційній роботі було здійснено конструювання системи автоматизованого керування вентиляційним обладнанням. Система автоматизованого керування дозволяє користувачу управляти процесом роботи системи вентиляції, зводячи роль технічного персоналу до перевірки обладнання, а також ремонту в випадках порушень роботи системи, що сприяє зменшенню використання людського ресурсу. Наявність системи такого типу є гарантом безпеки в приміщенні, де ця система встановлена, адже найбільш небезпечні для людини складові процесу знаходяться під контролем системи, якою в свою чергу керує сама людина.
Dynya M.V., Drabyk O.I. Development of an automatic control system of air ventilation and conditioning in production shops. 151 - Automation and computer integrated technologies. - Ivan Puliuyi Ternopil National Technical University. - Ternopil, 2021. In this qualification work, the design of an automated control system for ventilation equipment was carried out. The automated control system allows the user to control the operation of the ventilation system, reducing the role of technical staff to inspect the equipment, as well as repairs in cases of system malfunctions, which reduces the use of human resources. The presence of this type of system is a guarantee of safety in the room where this system is installed, because the most dangerous to humans’ components of the process are under the control of the system, which in turn is controlled by the person.
Вступ 8 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 9 1.1. Аналіз відомих технічних рішень з питань автоматизації систем кондиціонування і вентиляції 9 1.2. Використання нечіткої логіки в системах управління вентиляційним обладнанням 15 1.3. Обґрунтування актуальності автоматизації систем кондиціонування та вентиляції повітря 20 2. ПРОЕКТНА ЧАСТИНА 22 2.1. Аналіз систем кондиціонування та вентиляції 22 2.2. Розрахунок елементів систем кондиціонування та вентиляції 25 2.3. Опис роботи системи кондиціонування та вентиляції повітря 29 2.4. Будова та принцип роботи центрального кондиціонера 30 2.5. Принцип роботи системи водяної нагріву 32 2.6. Принцип роботи фреонової системи охолодження 34 2.7. Обґрунтування необхідності контролю основних технологічних параметрів 37 2.8. Розробка та опис компоновки автоматизованої системи управління вентиляцією 39 2.9. Розробка схеми автоматики та підбір давачів і виконавчих механізмів 43 2.10. Обґрунтування вибору і характеристики керуючого контролера 47 2.11. Розробка та розрахунок принципових схем з’єднань 50 2.12. Розробка та розрахунок принципових електричних схем живлення 54 2.13. Опис щита керування 58 3. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 60 3.1. Огляд інтерфейсу контролера Соrrigo L-10 60 3.2. Конфігурування і встановлення необхідних параметрів контролера 61 4. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, ОСНОВИ ХОРОНИ ПРАЦІ 65 Висновки 69 Перелік посилань 70

У дипломній роботі проведено аналіз, та здійснено розробку заходів для зменшення втрат електричної енергії в мережі електропостачання олійноекстракційного заводу. Проведено дослідження системи електропостачання олійноекстракційного заводу в цілому, та одного з його цехів, а саме здійснено вибір комутаційно-захисної апаратури та провідників цехової і заводської мереж, вибір та місце розташування цехових трансформаторних підстанцій грануляційного цеху. Розроблена система електропостачання на основі аналізу електричних навантажень.
An analysis is conducted in diploma work, and development of measures is carried out for reduction of losses of electric energy in the network of power supply of oil extraction plant. A study of the system of power supply of oil extraction plant is undertaken on the whole, and one of his workshops, the choice of switchgears-protection apparatus and explorers of workshop and plant networks, choice and place of location of workshop transformer substations of granulation workshop, is namely carried out. The worked out system of power supply is on the basis of analysis of the electric loading.
ВСТУП 7 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 10 1.1 Загальні відомості про підприємство 10 1.2 Інформація про потужності підприємства 13 1.3 Короткий опис технологічного процесу 14 1.4 Відомості про джерела живлення 16 1.5 Оцінка категорії з надійності електропостачання 16 1.6 Відомості про споживання електроенергії на підприємстві 17 1.7 Особливості розрахунків електропостачальних систем 17 1.8 Вимоги до електричних мереж. Надійність електропостачання 20 1.9 Класифікація заходів по зниженню втрат електроенергії 20 2 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 24 2.1 Заходи із забезпечення надійності роботи електротехнічних пристроїв 24 2.2 Ефективність функціонування енергетики 28 2.3 Забезпечення системної надійності якості електроенергії на підприємствах з безперервними технологічними процесами 31 3 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 40 3.1 Вибір схеми електропостачання грануляційного цеху 40 3.2 Розрахунок навантаження грануляційного цеху 40 3.3 Розрахунок електричних навантажень підприємства 44 3.4 Побудова картограми навантажень 50 3.5 Вибір комутаційно-захисної апаратури та провідників цехової мережі 53 3.6 Вибір схем та основних елементів заводської мережі 57 4 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 63 4.1 Структура існуючої схеми та характеристика обладнання 63 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 81 5.1 Визначення втрат в лініях і мережах 81 5.2 Заходи зі зменшення втрат в розподільчих мережах 81 5.2.1 Економія електроенергії в трифазних мережах напругою до 1000 В з несиметричним навантаженням 85 6 ОБГРУНТУВАННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ 88 6.1 Визначення техніко–економічного аналізу 88 6.2 Техніко-економічне обґрунтування вибраного заходу по зменшенню втрат в лініях електропостачання 90 7 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 95 7.1 Технічні рішення з безпечної експлуатації об'єкту 95 7.2 Технічні рішення з гігієни праці і виробничої санітарії 99 7.3 Ліквідація наслідків надзвичайних ситуацій 102 8 ЕКОЛОГІЯ 106 8.1 Актуальність охорони навколишнього середовища 106 8.2 Вплив олійноекстракційного заводу на екологію 107 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ДО ДИПЛОМНОЇ РОБОТИ 109 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 110

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» МОН України, Харків, 2019. Зміст анотації. Дисертація присвячена розв’язанню актуальної науково- прикладної задачі у галузі забезпечення заявлених графіків видачі потужності у вузлі генерації електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії (ВДЕ), шляхом використання систем акумуляції та концепції віртуальних електричних станцій. Актуальність теми дисертаційної роботи полягає у наступному, сучасні тенденції в розвитку електроенергетичних систем передбачають суттєве збільшення частки електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії в загальній структурі генерації розвинутих країн, що призводить до необхідності їх додаткового резервування. З гідно статті 71.5 закону про «Ринок електричної енергії України», Гарантований покупець повинен придбати всю енергію від виробників з ВДЕ, що працюють за «Зеленим тарифом». Особливістю режимів роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах є майже пряма залежність від погодних умов, що призводить до відхилень значення потужності в точках генерації від заявлених значень. Отже виникає необхідність в компенсації виникаючих небалансів. Використовуючи концепцію віртуальних електричних станцій, що поєднують електричні станції на ВДЕ, активних споживачів та системи акумуляції в єдину станцію зі спільною системою управління, можливо зменшити небаланси в точці генерації. Це потребує створення методів вибору оптимальної компоновки систем накопичення; алгоритмів систем управління для віртуальних електричних станцій та розподілених систем акумулювання; рекомендацій по їх застосуванню для електричних мереж, які тільки починають перехід від традиційних до інтелектуальних і мають дефіцит маневрових потужностей. Розробка технічних заходів для забезпечення заявлених графіків роботи сонячних електростанцій (СЕС) та вітряних електростанцій (ВЕС) дозволить їх інтегрувати до графіку генерації в якості базових станцій. Це дасть можливість виконати зобов‘язання всіх учасників процесу та не порушувати заплановані режими роботи інших станцій. Мета і задачі дослідження. Мета дослідження полягає у забезпеченні заявлених графіків видачі потужності у вузлі генерації електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії, шляхом використання систем акумуляції та концепції віртуальних електричних станцій. Для досягнення поставленої мети визначені задачі дослідження: – проаналізувати основні методи та засоби забезпечення графіків видачі потужності електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії в Україні та світі і фактори, що впливають на них; – розробити математичну модель для дослідження режимів роботи електричних станцій гібридної генерації на основі сонячної та вітроелектростанції та провести перевірку адекватності розробленої математичної моделі; – уточнити методику розрахунку вартості електричної енергії від систем акумулювання у вузлі генерації з урахуванням втрат при передачі та перетворенні енергії; – вдосконалити методику оптимізації конфігурації систем акумулювання для балансування генерації СЕС та ВЕС за умови мінімізації питомої вартості електричної енергії; – провести комп‘ютерне моделювання роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії на основі погодних даних обраного адміністративного району України з метою визначення необхідної конфігурації системи акумулювання на основі розробленої методики; – розробити комп‘ютерну модель віртуальної електричної станції, що поєднує в собі удосконалені математичні моделі генерації активної потужності СЕС і ВЕС, комп‘ютерні моделі систем накопичення енергії, імітацію активних споживачів і енергетичного ринку, а також елементи апаратно-комп‘ютерного моделювання. – розробити алгоритм роботи інформаційно-керуючої системи віртуальної електричної станції, на основі уточненого методу розрахунку вартості електричної енергії та провести його апробацію на комп‘ютерній моделі віртуальної електричної станції. – дослідити можливість застосування концепції віртуальних електричних станцій для забезпечення добових графіків генерації з урахуванням вимог Гарантованого покупця. Об’єктом досліджень – електромагнітні процеси в мережах з електричними станціями на основі відновлювальних джерел енергії. Предметом досліджень – електричні та інформаційні параметри режимів обладнання електричних станцій на відновлюваних джерелах енергії. Наукова новизна одержаних результатів: 1) Отримала подальший розвиток математична модель віртуальної електричної станції, яка відрізняється від існуючих тим, що додано елементи для зв‘язку з реальним програмованим логічним контролером ОВЕН 110-60 та на основі регресійного аналізу враховано додатковий коефіцієнт співвідношення вхідних погодних умов та результуючої потужності для встановлення відповідності з реальними характеристиками обладнання, що дозволило застосувати апаратно-програмне моделювання, збільшити точність розрахунку вихідної активної потужності сонячної електричної станції на 5% та проводити моделювання роботи вітряної електричної станції на швидкостях вітру більших за номінальні. 2) Отримав подальший розвиток метод розрахунку вартості електричної енергії яка використовується для забезпечення добових графіків генерації ВДЕ на основі акумуляції в межах однієї віртуальної електричної станції, який відрізняється від відомих врахуванням витрат пов‘язаних з розташуванням, встановленням та роботою додаткового обладнання, що дозволяє підвищити точність виконання розрахунків і підвищити енергоефективність таких систем за рахунок задіяння найбільш доцільних їх елементів. 3) Науково і технічно обґрунтовано використання концепції віртуальних електричних станцій для забезпечення добових графіків генерацій сонячних та вітроелектростанцій в умовах енергетичного ринку України, що дозволить забезпечити функціонування механізму Гарантованого покупця з мінімальним застосуванням додаткових маневрових потужностей. Практичне значення одержаних результатів. Для електроенергетичної галузі України полягає в тому, що на підставі виконаних досліджень визначені способи оптимізації режимів роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії за допомогою акумуляції. Такий підхід дозволить встановити відповідність між діючим та прогнозним значенням потужності у точці генерації, сформувати графік навантаження для традиційних електричних станцій без необхідності додаткового їх маневрування для компенсацій електростанцій на відновлювальних джерелах енергії. Окрім того, результати досліджень допоможуть збільшити точність розрахунків вартості електричної енергії у точці генерації від систем акумулювання. Розроблена методика вибору конфігурації систем акумуляції дозволяє визначити мінімально необхідну ємність накопичувачів енергії та їх потужність, що забезпечить мінімізацію вартості устаткування. Запропонований алгоритм управління розподіленою системою акумулювання дозволяє вирішити задачу розподіленого балансування, а також враховує можливість залучення активних споживачів та енергетичного ринку до процесу балансування. Результати дисертаційної роботи були впроваджені: - у ТОВ «ЛЕО» для розрахунку мінімально необхідного об’єму систем накопичення енергії, що будуть рекомендовані для забезпечення заявлених графіків генерації електричних станцій на ВДЕ які працюють за зеленим тарифом; - у навчальному процесі кафедри електричних станцій Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” для студентів спеціальностей 141 спеціальності за спеціалізаціями: 141-01 «Електричні станції» та 141-05 «Енергетичний менеджмент та енергоефективні технології» під час викладання курсів лекцій з дисциплін «Електрична частина станцій та підстанцій», «АСУТП станцій та підстанцій», «Системи відновлюваної енергетики та вторинні енергоресурси» , під час написання дипломних проектів, випускних кваліфікаційних робіт. Дисертація виконана згідно планів наукових досліджень кафедр електричних станцій та загальної електротехніки Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» у відповідності до договору «Методи удосконалення електроенергетичних систем» (ДР № 0116U000885).
Dissertation for the degree of candidate of technical sciences (doctor of philosophy) in specialty 05.14.02 - Electric power stations, networks and systems (141 - Power engineering, electrical engineering and electromechanics). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2019. Annotation content. The dissertation is devoted to solving the actual scientific and applied problem in the providing the stated schedules of power generation at renewable energy sources (RES) through the use of storage systems and the concept of virtual power plants. According to the legislation of Ukraine, the Guaranteed Buyer must purchase all energy from renewable energy producers operating under the Green Tariff. The peculiarity of the operating modes of power plants on renewable sources is almost a direct dependence on weather conditions, which leads to deviations of the power value at the points of generation from the declared values. Therefore, there is a need to compensate for emerging imbalances. Using the concept of virtual power plants that combine RES, active consumers and storage systems into a single station with a common control system, it is possible to reduce imbalances at the generation point. This requires the creation of methods for selecting the optimal layout of the accumulation systems; control systems algorithms for virtual power plants and distributed storage systems; recommendations for their application to power grids that are just beginning to transition from traditional to intelligent and have a lack of maneuverability. The development of technical measures to ensure the declared schedules of solar power plants (SPP) and wind power plants (WPP) will allow them to be integrated into the generation schedule as base stations. This will make it possible to fulfill the obligations of all participants of the process and not violate the planned operating modes of other stations. The purpose and tasks of the study. The purpose of the study is to provide the stated schedules of power generation at the generation site of renewable energy sources through the use of storage systems and the concept of virtual power plants. To achieve the goal, the research objectives are defined: – to analyze the basic methods and means of providing the schedules of power outputs of renewable energy sources in Ukraine and the world and the factors that influence them; – to develop a mathematical model for the study of operating modes of hybrid power plants based on solar and wind power plants and to check the adequacy of the developed mathematical model; – clarify the methodology for calculating the cost of electricity from storage systems at the generation site, taking into account losses in energy transmission and conversion; – improve the method of optimization of the configuration of accumulation systems for balancing the generation of SES and WPP, while minimizing the specific cost of electricity; – carry out computer simulation of the operation of renewable energy power plants based on the weather data of the selected administrative district of Ukraine in order to determine the required configuration of the accumulation system based on the developed methodology; – to develop a computer model of a virtual power plant that combines advanced mathematical models of SES and WPP power generation, computer models of energy storage systems, imitation of active consumers and the energy market, as well as elements of hardware and computer modeling. – to develop an algorithm of operation of the information and control system of the virtual power plant, based on the specified method of calculating the cost of electricity, and to test it on a computer model of the virtual power plant. – explore the possibility of applying the concept of virtual power plants to provide daily generation schedules, taking into account the requirements of the Guaranteed Buyer. The object of research is the electromagnetic processes in grids with power plants based on renewable energy sources. Subject of research – electrical and information parameters of modes of equipment of power plants on renewable energy sources. Scientific novelty: 1) The mathematical model of the virtual power plant has been further developed, which differs from the existing ones by adding elements for communication with the real programmable logic controller OVEN 110-60 and based on the regression analysis the additional coefficient of the ratio of incoming weather conditions and the resulting power is taken into account the real characteristics of the equipment, which allowed to apply hardware and software modeling, to increase the accuracy of the calculation of the output active power of solar panels at 5% and conduct simulations of wind power station at wind speeds greater than nominal. 2) The method of calculating the cost of electricity, which is used to provide daily schedules of generation of RES on the basis of accumulation within one virtual power station, which differs from the known costs related to the location, installation and operation of additional equipment, which improves the accuracy of calculations, was further developed. and to increase the energy efficiency of such systems by utilizing their most relevant elements. 3) It is scientifically and technically grounded to use the concept of virtual power plants for providing daily schedules of generation of solar and wind power plants in the conditions of the energy market of Ukraine, which will allow to ensure the functioning of the Guaranteed Buyer mechanism with minimal use of additional maneuvering capacities. Practical value: The practical value of the work lies in the fact that methods of optimization of modes of operation of power plants on renewable energy sources by means of accumulation are determined on the basis of the performed researches. This approach will allow to establish the correspondence between the current and the predicted value of power at the point of generation, to form a schedule of load for traditional power plants without the need for additional maneuvering for compensation of power plants on renewable energy sources. In addition, research findings will help to increase the accuracy of electricity cost calculations at the point of generation from storage systems. The developed method of choosing the configuration of accumulation systems allows to determine the minimum required capacity of energy storage and their capacity, which will minimize the cost of equipment. The proposed algorithm for managing a distributed accumulation system allows to solve the problem of distributed balancing, and also takes into account the possibility of involving active consumers and the energy market in the balancing process. The results of the dissertation work were introduced: - at LEO LLC to calculate the minimum required volume of energy storage systems that will be recommended to provide the stated generation schedules of power plants than work based on green tariff; - in the educational process of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" for students of specialties 141 specialties in specialization: 141- 01 "Power Plants" and 141-05 "Energy Management and Energy Efficient Technologies" during the teaching of lectures on disciplines "Electrical part of stations and substations "," ACTSP of stations and substations "," Renewable energy systems and secondary energy resources ", during writing of diploma projects, final qualification works. The dissertation is executed according to the plans of scientific researches of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of the Department of Power stations and general electrical engineering in accordance with the economic agreement « Methods of improvement of power systems» (state registration number - 0116U000885).

Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 26 грудня 2019 р. о 12 .30 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 45 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 401
Мокрійчук С.Ю. Розробка та дослідження автоматизованої системи управління контактором для мереж постійного та змінного струму. 151 – автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2019. У магістерській роботі була розроблена структурна схема блоку управління контактором. Розроблено й налагоджено програмне забезпечення для мікроконтролера та проведений розрахунок основних його параметрів. Наведено розрахунок необхідних параметрів елементів силової й низьковольтної частини й зроблений їхній вибір. Наведено результати моделювання перетворювача напруги. Представлено результати експериментів - осцилограми роботи перетворювача напруги, осцилограми напруг у котушках. Mokriychuk S.Y. Development and research of an automated contactor control system for DC and AC networks. 151 - Automation and computer integrated technologies. - Ternopil Ivan Pulyuy National Technical University. - Ternopil, 2019. In the master's work the block diagram of the contactor control unit was developed. The software for the microcontroller is developed and adjusted and the basic parameters are calculated. The necessary parameters of the elements of the power and low-voltage parts are given and their choice is made. The results of the simulation of the voltage converter are given. The results of the experiments are presented - waveforms of operation of the voltage converter, waveforms of voltages in the coils.
Вступ 7 1. Аналітична частина 8 1.1. Характеристики електромагнітних контакторів 8 1.2. Опис способів управління контактором 12 2. Технологічна частина 15 2.1. Технічне завдання 15 2.2. Функціональна схема блоку управління контактором 18 2.3. Електрична схема блоку управління контактором 19 2.4. Вибір варистора 20 2.5. Вибір діодного мосту 21 2.6. Вибір фільтрових конденсаторів 21 2.7. Розрахунок параметрів силового транзистора 22 2.8. Вибір і розрахунок елементів блоку драйвера 23 3. Конструкторська частина 26 3.1. Розрахунок теплової завантаження силового транзистора 26 3.2. Розрахунок параметрів силового діода і розрахунок теплової завантаження 29 3.3. Джерело живлення системи управління 31 3.4. Розрахунок елементів перетворювача 38 3.5. Вибір лінійного стабілізатора 47 4. Спеціальна частина 49 4.1. Розробка системи управління 49 4.2. Розрахунок елементів системи управління 53 4.3. Розробка програмного забезпечення 55 5. Науково – дослідна частина 63 5.1. Моделювання роботи перетворювача напруги 63 5.2. Дослідження перетворювача напруги 65 5.3. Дослідження силової частини блоку 67 6. Обгрунтування економчіної ефективності 69 6.1. Техніко-економічне обґрунтування проектованого варіанту 69 6.2. Розрахунок капітальних вкладень на реалізацію проекту автоматизації 69 6.3. Розрахунок витрат на оплату праці за проектом автоматизації 71 6.4. Розрахунок виробничої собівартості за проектом автоматизації 76 6.5. Розрахунок основних техніко – економічних показників проекту автоматизації 79 7. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 82 7.1. Організаційні заходи та інженерні рішення, спрямовані на покращення умов і безпеки праці 82 7.2. Організаційні заходи та інженерні рішення, спрямовані на захист навколишнього середовища від забруднення 87 7.3. Розрахунок заземлюючого пристрою з використанням природного заземлення 88 7.4. Безпека життєдіяльності у надзвичайних ситуаціях 91 8. Екологія 93 8.1. Загальні відомості про екологію та захист навколишнього середовища 93 8.2. Основні приорітети охорони навколишнього середовища і раціонального використання природних ресурсів 95 8.3. Засоби захисту, що використовуються в електроустановках 97 Висновки 101 Перелік посилань ……………………………………………………………….103

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв факультету прикладних інформаційних технологій та електроінженерії Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться «22» грудня 2020р. о 14.00год. на засіданні екзаменаційної комісії №22 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя
Розробка та дослідження автоматизованої системи для оперативного контролю та керування газорозподільними станціями. Кваліфікаційна робота магістра. Спеціальність 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». ТНТУ ім. Івана Пулюя м. Тернопіль, 2020р. Метою даної роботи є розроблення та моделювання інформаційно-управляючої системи лінійної частини магістральних газопроводів. У число основних задач системи управління лінійної частини магістральних газопроводів входять наступні: - збір інформації про поточні значення параметрів технологічного процесу (тиск, температура і т. д.); - збір інформації про стан технологічних об'єктів; - доставка зібраної інформації споживачам на всіх рівнях системи; - прийом керуючих сигналів із усіх рівнів системи і формування керуючих впливів для запірної арматури й інших технологічних об'єктів.
Development and research of an automated system for operational control and management of gas distribution stations. Qualifying work of the master. Specialty 151 "Automation and computer-integrated technologies". TNTU them. Ivan Pulyuy, Ternopil, 2020 The purpose of this work is to develop and model the information and control system of the linear part of the main gas pipelines. The main tasks of the control system of the linear part of the main gas pipelines include the following: - collecting information about the current values of the parameters of the technological process (pressure, temperature, etc.); - collection of information on the state of technological objects; - delivery of collected information to consumers at all levels of the system; - reception of control signals from all levels of system and formation of control influences for shut-off valves and other technological objects.
Анотація 4 Перелік умовних позначень, скорочень і термінів 7 Вступ 9 1 Аналітична частина 13 1.1 Загальні характеристики системи автоматизації 13 1.2 Задачі автоматизації 21 1.3 Існуючі системи та запропоновані рішення 26 2 Технологічна частина 40 2.1 Структура системи 40 2.2 Опис елементів системи 45 2.3 Вибір компонентів та опис системи безпровідного зв’язку. 52 2.4 Вибір датчиків та виконавчих механізмів 64 3 Конструкторська частина 68 3.1 Структурно-функціональна схема контрольованого пункту 68 3.2 Організація протоколу передачі даних 71 3.3 Моделювання процесу передачі інформації 79 3.4 Розрахунок основних показників каналу зв’язку 84 4 Науково-дослідна частина 88 4.1 Розрахунок завадостійкості системи зв’язку з кодуванням 88 4.2 Надійність протоколу передачі даних 91 5 Спеціальна частина. Використання засобів САПР 98 6 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 110 6.1 Аналіз потенційних небезпечних та шкідливих умов праці 110 6.2 Забезпечення нормальних умов праці 114 6.3 Забезпечення безпеки користувача ПЕОМ 118 6.2 Заходи з безпеки в надзвичайних ситуаціях. Вимоги до системи газопостачання на випадок виникнення надзвичайних ситуацій, заходи щодо забезпечення безпеки персоналу і стійкості об'єктів газоперекачувальної станції. 121 Висновки 127 Перелік посилань 129

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв факультету прикладних інформаційних технологій та електроінженерії Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться «22» грудня 2020р. о 14.00год. на засіданні екзаменаційної комісії №22 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя
В результаті виконання кваліфікаційної роботи було створено систему автоматичного управління поливом для теплично – овочевого комбінату за допомогою контролера S7-300С. Дана система дає можливість передавати дані на вищий рівень, тим самим організовуючи управління об’єкта на рівні підприємства. Розроблена система графічного відображення процесу поливу дає можливість контролювати стан і покази обладнання і оперативно реагувати на їх зміну.
As a result of qualification work, an automatic irrigation control system was created for the greenhouse and vegetable plant with the help of the S7-300C controller. This system makes it possible to transfer data to a higher level, thus organizing the management of the object at the enterprise level. The developed system of graphic display of watering process gives the chance to control a condition and displays of the equipment and to react quickly to their change.
ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ 5 ВСТУП 6 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 8 1.1 Обгрунтування проблеми автоматизації процесу поливу 8 1.2 Опис об’єкта управління 13 2 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 14 2.1 Управління насосними установками на базі нечіткої логіки 14 2.2 Особливості нечіткого адаптивного управління 17 2.3 Дослідження правил управління 18 3 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 22 3.1 Технічні характеристики об’єкта управління 22 3.2 Особливості побудови функціональної схеми автоматизації 25 4 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 29 4.1 Вибір давачів та побудова схеми установки давачів 29 4.2 Побудова алгоритму керування об’єктом 34 4.3 Вибір мікроконтролера для здійснення керування 39 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 48 5.1 Вибір програмних засобів реалізації САК 48 5.2 Побудова графічного інтерфейсу користувача-оператора 60 5.3 Програмна реалізація алгоритму керування 68 5.4 Конфігурування центрального процесора 72 6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 78 6.1 Аналіз шкідливих факторів та потенційних небезпек в обчислювальному центрі 78 6.2 Забезпечення нормальних умов праці 82 6.3 Забезпечення безпеки експлуатації ЕОМ 86 6.4 Електромагнітний імпульс ядерного вибуху і захист від нього радіоелектронних засобів 88 6.5 Сучасний стан знань в області ЕМІ 90 6.6 Використання імітаторів ЕМІ для набору експериментальних даних 93 6.7 Можливі шляхи вирішення задачі захисту від ЕМІ 94 6.8 Практична оцінка стійкості промислового цеху до впливу ударної хвилі ядерного вибуху 97 ВИСНОВКИ 100 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 102

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв факультету прикладних інформаційних технологій та електроінженерії Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться «23» грудня 2021р. о 9.00год. на засіданні екзаменаційної комісії №22 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя.
Метою даної кваліфікаційної роботи є розробка та дослідження системи автоматичного регулювання параметрів мікроклімату складського приміщення. В роботі зроблено короткий аналіз систем вентиляції й охолодження, систем автоматичного регулювання мікроклімату. Виконано розрахунки системи активного вентилювання складського приміщення. В науково-дослідницькій частині роботи виконано дослідження системи активного вентилювання, розраховані та побудовані механічні характеристики електродвигуна вентилятора. Проведено дослідження перехідного процесу при запуску вентиляційної системи. Застосування спроектованої в кваліфікаційній роботі системи активного вентилювання сприяє зниженню частки відходів овочів, що зберігаються в складському приміщенні.
The purpose of this qualification work is to develop and study a system of automatic control of the microclimate of the warehouse. In the work the short analysis of systems of ventilation and cooling, systems of automatic regulation of a microclimate is made. Calculations of the active ventilation system of the warehouse were performed. In the research part of the work the research of the active ventilation system is performed, the mechanical characteristics of the electric motor of the fan are calculated and constructed. A study of the transient process when starting the ventilation system. The use of the active ventilation system designed in the qualification work helps to reduce the share of vegetable waste stored in the warehouse.
Вступ 7 1. Аналітична частина 9 1.1. Технологічне устаткування складських приміщень для зберігання овочів 9 1.2. Системи вентиляції та охолодження складських приміщень 13 2. Технологічна частина 19 2.1. Опис системи активного вентилювання складського приміщення 19 2.2. Розрахунок освітлення складського приміщення 21 2.3. Вибір пристроїв керування та захисту електромережі освітленення складського приміщення 25 3. Конструкторська частина 31 3.1. Розробка системи автоматичного регулювання мікроклімату 31 3.2. Опис системи зволоження та охолодження складського приміщення 36 3.3. Розрахунок та вибір засобів силової автоматики 39 3.4. Аналіз показників електроспоживання обладнанням складського приміщення 43 4. Науково-дослідна частина 46 4.1. Математична модель системи активного вентилювання 46 4.2. Дослідження механічної характеристики електродвигуна 52 4.3. Розробка та аналіз механічної характеристики електровентилятора 55 5. Спеціальна частина. 58 6. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 63 6.1. Техніка електробезпеки у складських приміщеннях 63 6.2. Заходи з безпеки життєдіяльності на складських приміщеннях 67 Висновки 77 Перелік посилань 78

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.09 – электротранспорт. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016г. Диссертация посвящена улучшению показателей качества электрической энергии в контактной сети постоянного тока путем использования выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем с двухсторонней широтно-импульсной модуляцией. Это касается анализа электромагнитной совместимости выпрямительной установки с контактной сетью и поиска оптимального технического способа ее улучшения. Для выбранной структуры выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем были идентифицированы ее статические и динамические характеристики. Для решения проблемы негативного влияния высших гармоник выпрямленного напряжения на смежные электроустановки, предложенная выпрямительная установка была включена в состав замкнутой системы автоматического регулирования. Впервые был выполнен синтез передаточной функции регулятора напряжения системы автоматического регулирования выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем с двухсторонней ШИМ. Выполнен анализ переходного процесса в САР выходного напряжения вольтодобавочного преобразователя с двусторонней ШИМ. Показано, что представление вольтодобавочного преобразователя в виде непрерывного звена позволяет реализовать переходный процесс близкий к процессу конечной длительности. Полученные теоретические предпосылки были подтверждены экспериментально на имитационных моделях. Все предложенные решения и подходы подчинены основной цели работы и способствуют улучшению электромагнитной совместимости устройств электроснабжения и электротранспорта.
Thesis for a candidate degree by specialty 05.22.09 – Electric Transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to the improvement of electric energy quality indexes in direct current contact wire using a rectifier unit with a voltage booster converter with pulse-width modulation. It concerns the analysis of a rectifier unit electromagnetic compatibility with contact wire and the search of optimal technical facilities for its improvement. The author identifies the static and dynamic characteristics of a rectifier unit with a voltage booster converter of the chosen structure. The pulse model of a rectifier unit with double-side pulse-width modulation and pulsation factors values were obtained and defined for the first time. To solve the problem of the negative influence of rectified voltage upper harmonics on adjacent electrical units the proposed rectifier unit was included to the composition of automatic regulation closed-loop system. The author for the first time performs the synthesis of the transfer function of automatic regulation system voltage adjuster of a rectifier unit with a voltage booster converter with double-side pulse-width modulation. The obtained theoretical statements were confirmed experimentally with the help of simulation models. All the proposed approaches and solutions serve the main purpose of the work and contribute to the improvement of electromagnetic compatibility of power supply units and electric transport.

Мета роботи: розробка системи автоматичного регулювання параметрів парогенератора та дослідження його експлуатаційних параметрів. Об’єкт, методи та джерела дослідження. Основним об’єктом дослідження є система автоматичного регулювання параметрів парогенератора енергоблоку. Моделювання системи автоматичного регулювання проводилось в інтерактивному програмному середовищі МatLab у вигляді структурних моделей. Наукова новизна отриманих результатів:  запропоновано раціональну структуру системи автоматичного регулювання параметрів парогенератора енергоблоку;  запроновано структурні моделі системи автоматичного регулювання параметрів парогенератора енергоблоку;  виконано техніко-економічне обґрунтування прийнятих рішень;  розглянуто питання застосування інформаційних технологій, охорони праці, безпеки в надзвичайних ситуаціях те екології. Практичне значення отриманих результатів. Запропонований варіант структури системи автоматичного регулювання параметрів парогенератора енергоблоку можна застосовувати при проектуванні енергетичних установок не залежно від їхнього призначення та використовуваного виду палива.
На основі аналізу функціонування об’єкту автоматизації визначені основні параметри, що підлягають контролю і регулюванню, обґрунтовано вибір необхідних давачів і засобів автоматики, що дало можливість синтезувати систему регулювання тиску у парогенераторі. Аналіз функціонування розробленої системи, проведений шляхом моделювання процесу регулювання тиску у парогенераторі у середовищі пакету MatLab, показав адекватність розробленої моделі і дозволив отримати її якісні динамічні характеристики. За допомогою різних методів досліджено автоматичну систему на стійкість та якість.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми роботи Мета роботи Об’єкт, методи та джерела дослідження Наукова новизна отриманих результатів Практичне значення отриманих результатів Апробація Структура роботи ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИСНОВКИ СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ АНОТАЦІЯ Ключові слова ANNOTATION Key words

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв факультету прикладних інформаційних технологій та електроінженерії Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться «25» червня 2021 р. о 9.00 год. на засіданні екзаменаційної комісії №21 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя
В даній кваліфікаційній роботі автоматизовано технологічний процес пресування керамічної та бетонної плитки. Описано технологічні процеси виготовлення бетонних виробів, а також конструкцію складових частин напівавтомата що реалізує ці процеси. Зокрема розроблено креслення автоматизованої установки для вібпропресування плитки, описано роботу її складових частин, монтаж, регулювання, налагодження і пуск, а також розроблено дозатор для точного дозування сипучих матеріалів. Розраховано дозатор, обмотку магнітопроводу віброзбудників, блок живлення, стабілізатор напруги, випрямляч мостової схеми. Розроблена у кваліфікаційній роботі установка дозволяє виготовляти плитку з глини, бетону, гіпсового каменю та інших будівельних матеріалів методом імпульсного пресування.
In this qualification work the technological process of pressing ceramic and concrete tiles is automated. Technological processes of production of concrete products, and also a design of components of the semiautomatic device realizing these processes are described. In particular, the drawing of the automated installation for vibropressing of a tile is developed, the work of its components, installation, adjustment, adjustment and start-up is described, and also the batcher for exact dosing of loose materials is developed. The batcher, the winding of the magnetic circuit of the vibrators, the power supply, the voltage stabilizer, the rectifier of the bridge circuit are calculated. The installation developed in qualification work allows to make a tile from clay, concrete, gypsum stone and other building materials by a method of pulse pressing.
Вступ 6 1 Аналітична частина 9 1.1 Методи обробки сировини для виготовлення плитки з глини та бетону 9 1.2 Методи ущільнення сировини для виготовлення плитки 13 2 Проєктна частина 15 2.1 Формування компонентів бетону 15 2.2 Технічний аналіз якості бетону 22 2.3 Технологія виготовлення бетонних сумішей 33 2.4 Технологія виготовлення бетонних виробів 35 2.5 Технічні характеристики установки 44 2.6 Конструкція і робота пресової установки та її складових частин 46 2.7 Опис конструкції модуля дозатора 54 2.8 Розрахунок дозатора 56 2.9 Опис роботи схеми керування 68 2.10 Розрахунок блока живлення 75 2.11 Алгоритм і циклограма роботи установки 83 3 Спеціальна частина 85 4 Безпека життєдіяльності, основи охорони праці 96 4.1 Методи очищення повітря на дільниці цеху від шкідливих виділень 96 4.2 Розрахунок захисного заземлюючого пристрою для обладнання дільниці цеху 99 4.3 Підвищення стійкості роботи підприємства у військовий час 101 4.4 Оцінка підготовки підприємства до відновлення виробництва 103 4.5 Надійність системи матеріально-технічного постачання і виробничих зв’язків 104 Висновок 108 Література 109

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв факультету прикладних інформаційних технологій та електроінженерії Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться «23» грудня 2021р. о 9.00год. на засіданні екзаменаційної комісії №22 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя.
В кваліфікаційній роботі подано результати аналізу та синтезу системи автоматизованого керування стендом для вібраційних досліджень електротехнічних установок та агрегатів. Дослідження проводились з використанням методів імітаційного моделювання та статистичного аналізу. У результаті проведеного дослідження виконано умови щодо стійкості та якості роботи розробленої системи. Розроблено математичні моделі автоматизованої системи управління та доведено її достовірність.
The qualification work presents the results of analysis and synthesis of automated stand control system for vibration studies of electrical installations and units. The research was conducted using simulation methods and statistical analysis. As a result of the study, the conditions for the stability and quality of the developed system were met. Mathematical models of the automated control system are developed and its reliability is proved.
Анотація 4 Перелік основних позначень та скорочень 7 Вступ 8 1 Аналітична частина 10 1.1 Відпрацювання міцності електронної техніки методом дослідження вібростійкості 10 1.2 Системи для дослідження вібростійкості промислової продукції фірми Bruel & Kjaer 11 1.3 Системи дослідження вібростійкості компанії LDS 16 1.4 Принцип дії і характеристики сучасних вібродатчиків 17 2 Технологічна частина 30 2.1 Статистичний аналіз систем автоматичного управління 30 2.2 Детермінована та статистична ідентифікація САУ 40 2.3 Вибір і обгрунтування аналогів розроблюваної автоматизованої системи 49 3 Конструкторська частина 53 3.1 Особливості та область призначення установок для дослідження вібростійкості 53 3.2 Аналітичне дослідження системи і створення її математичної моделі 59 3.3 Розроблення засобів безпечної експлуатації віброустановки 65 4 Науково-дослідна частина 71 4.1 Статистична лінеаризація при дослідженні експлуатаційних режимів роботи слідкуючого вібраційного стенду 71 4.2 Результати моделювання та дослідження створених моделей у середовищі MathLab 80 4.3 Перевірка достовірності моделі системи згідно еталонного управляючого сигналу 84 5 Спеціальна частина 90 5.1 Розробка креслень в системі AutoCAD 90 5.2 Використання пакету прикладних програм MathLab для проведення дослідження 93 6 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 95 6.1 Заходи з охорони праці 95 6.2 Заходи з безпеки в надзвичайних ситуаціях 103 Висновки 109 Перелік посилань 110

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 "Електричні станції, мережі і системи". – Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності функціонування електричних мереж шляхом вдосконалення методів розрахунку та аналізу технологічних витрат електроенергії. Показано, що існує міра залежності техніко-економічної ефективності електроощадних заходів в електричних мережах від повноти їх інформаційного забезпечення. Досліджено ряд електроощадних заходів в електричних мережах, ефективність яких може бути підвищена завдяки більш розвиненій інформаційній інфраструктурі електричних мереж з застосуванням Smart Grid технологій. Вдосконалено метод визначення максимального навантаження трансформаторів з використанням характерних графіків навантажень та їх навантажувальної здатності, що дозволяє більш обґрунтовано використовувати їх для зменшення втрат електроенергії в електричних мережах. Розроблено типові графіки навантажень, які можуть використовуватись операторами системи передачі та розподілу електроенергії, а також проектними організаціями для виконання електричних розрахунків в електричних мережах, визначення втрат енергії та напруги в елементах електричних мереж, обчислення максимального навантаження трансформаторних підстанцій, керування режимами роботи електричних мереж. Показана можливість і доцільність оптимального керування втратами від транзитних перетоків в електричних мережах, об’єднаних на паралельну роботу в ЕЕС. Для мінімізації додаткових втрат від транзитних перетоків вдосконалено відповідні методи і алгоритми розрахунку. Можливість покращання і підвищення ефективності керування процесами генерування, транспортування, розподілу та споживання електроенергії завдяки Smart Grid технологіям показана на прикладі локальних електричних систем з відновлюваними джерелами енергії.
The dissertation for the Candidate Degree (Engineering) on specialty 05.14.02 "Electric power stations, networks and systems". – Kharkiv Petro Vasilenko National Technical University of Agriculture, Kharkiv, 2017. As the values of technological electric power consumption in the process of its transportation in distribution grids of Ukraine remain high and the trend to their decrease is not observed it is necessary to continue studying the directions , aimed at their reduction in new economic conditions. One of the ways to reduce TPC is to increase reliability of TPC calculation and analysis to substantiate the choice of measures for their reduction. This concerns the need to improve methodological, informational and hardware support, and for more efficient use of electrical equipment of power systems electric grids. The dissertation is dedicated to the increase of electric grids operation efficiency by improvement of calculation and analysis methods of technological electric power consumption. It has been shown that the modernization of power sector of the economy on the basis of Smart Grid concept enables to improve significantly the controllability of the processes of generation, transportation, distribution and consumption of electric energy. Due to introduction of new technologies, the power industry adapts itself to market conditions, meeting the requirements of its integration into a United power system of Europe. The transition to a new technological platform gives the possibility to raise to a higher level of energy efficiency energy supply systems, increase the reliability, quality and economic efficiency of electric energy supply.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена покращенню показників якості електричної енергії в контактній мережі постійного струму шляхом застосування випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювачем з двохсторонньою широтно-імпульсною моуляцією. Це стосується аналізу електромагнітної сумісності випрямляючої установки з контактною мережею та пошуку оптимального технічного засобу її покращення. Для обраної структури випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювачем були ідентифіковані її статичні і динамічні характеристики. Вперше була отримана імпульсна модель випрямляючої установки з двохсторонньою широтно-імпульсною модуляцією, визначені величини факторів пульсацій. Для вирішення проблеми негативного впливу вищих гармонік випрямленої напруги на суміжні електроустановки, запропонована випрямляюча установка була включена до складу замкнутої системи автоматичного регулювання. Вперше був виконаний синтез передавальної функції регулятора напруги системи автоматичного регулювання випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювача з двохсторонньою ШІМ. Отримані теоретичні положення були підтверджені експериментально на імітаційних моделях. Усі запропоновані підходи і рішення підпорядковані основній меті роботи і сприяють покращенню електромагнітної сумісності пристроїв електропостачання та електротранспорту.
Thesis for a candidate degree by specialty 05.22.09 – Electric Transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to the improvement of electric energy quality indexes in direct current contact wire using a rectifier unit with a voltage booster converter with pulse-width modulation. It concerns the analysis of a rectifier unit electromagnetic compatibility with contact wire and the search of optimal technical facilities for its improvement. The author identifies the static and dynamic characteristics of a rectifier unit with a voltage booster converter of the chosen structure. The pulse model of a rectifier unit with double-side pulse-width modulation and pulsation factors values were obtained and defined for the first time. To solve the problem of the negative influence of rectified voltage upper harmonics on adjacent electrical units the proposed rectifier unit was included to the composition of automatic regulation closed-loop system. The author for the first time performs the synthesis of the transfer function of automatic regulation system voltage adjuster of a rectifier unit with a voltage booster converter with double-side pulse-width modulation. The obtained theoretical statements were confirmed experimentally with the help of simulation models. All the proposed approaches and solutions serve the main purpose of the work and contribute to the improvement of electromagnetic compatibility of power supply units and electric transport.

У дипломній роботі проведено аналіз, та здійснено розробку заходів підвищення надійності електричного обладнання в системі електроспоживання деревообробного підприємства. Проведено розрахунок електричних навантажень по заводу та на основі отриманих даних побудовано картограму електричних навантажень і графік електричних навантажень. За результатами розрахунків було вибрано місце розташування ГПП і вибрано кількість та потужність силових трансформаторів. Також було вибрано схему внутрішньозаводського електропостачання та розраховано потужність цехових трансформаторних підстанцій та розподільчих пунктів. В ході виконання дипломного проекту були проведені розрахунки реактивної потужності, яка підлягає компенсації, був проведений вибір вимикачів, роз'єднувачів, трансформаторів струму, трансформаторів власних потреб підстанції, обмежувачів перенапруг, засобів релейного захисту.
An analysis is conducted in diploma work, and development of measures of increase of reliability of electric equipment is carried out in the system of electro-consumption of woodworking enterprise. The calculation of the electric loading is conducted on a plant and on the basis of the obtained data cartogram of the electric loading and graphic arts of the electric loading is built. On results calculations the place of location of main step-down substation was chosen and an amount and power of power transformers are chosen. The chart of inside factory power supply was also chosen and power of workshop transformer substations and distributive points is expected. During implementation of diploma project there were the conducted calculations of reactive-power that is subject to indemnification, there was the conducted choice of switches, disconnectors, transformers of current, transformers of own necessities of substation, terminators of overstrains, facilities of relay defence
ВСТУП 7 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 11 1.1 Електропостачання промислових підприємств 11 1.2 Особливості розрахунків електропостачальних систем 12 1.3 Вимоги до електричних мереж. Надійність електропостачання 15 1.4 Шляхи підвищення надійності електропостачання 16 1.5 Чинники, що впливають на надійність електрообладнання і систем електропостачання 17 2 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 21 2.1 Аналіз чинників, які впливають на надійність роботи електрообладнання 21 2.2 Підвищення надійності електрообладнання промислових підприємств 23 2.2.1 Експлуатація електрообладнання 23 2.2.2 Ремонт електродвигуна 24 2.2.3 Пошук несправностей при експлуатації електрообладнання 25 2.3 Заходи щодо забезпечення надійності роботи електротехнічних пристроїв 26 3 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 31 3.1 Загальна характеристика деревопереробного підприємства 31 3.2 Розрахунок електричних навантажень підприємства 33 3.2.1 Визначення розрахункової потужності технологічного обладнання 34 3.2.2 Визначення розрахункової потужності обладнання котельною 45 3.2.3 Визначення розрахункової потужності освітлювального навантаження 47 3.2.4 Розрахунок сумарного навантаження на КТП 59 4 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 51 4.1 Вибір числа і потужності трансформаторів на підстанції 51 4.2 Компенсація реактивної потужності 4.3 Компонування проектованої комплектної трансформаторної підстанції зовнішньої установки 53 4.4 Вибір схеми електропостачання і розрахунок мережі НН 56 4.4.1 Розрахунок перерізів провідників по нагріву і втраті напруги 56 4.4.2 Розрахунок струмів короткого замикання в мережі нижчої напруги і вибір комутаційної апаратури 58 4.5 Розрахунок заземлюючого пристрою 66 4.5.1 Вибір режиму нейтралі 66 4.5.2 Розрахунок заземлюючого пристрою 67 4.6 Розрахунок пристрою грозозахисту 70 4.7 Заходи по підвищенню надійності електропостачання споживачів деревопереробного підприємства 71 4.7.1 Вибір резервного джерела живлення 72 4.7.2 Заміна повітряної лінії електропередачі 10 кВ з використанням захищених проводів і залізобетонних опор 75 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 84 5.1 Автоматичний захист асинхронного двигуна від перевантаження і нагріву 84 5.1.1 Пристрої вбудованого температурного захисту 84 5.1.2 Пристрій ЗОУП-25 89 5.1.3 Універсальний блок захисту асинхронних електродвигунів УБЗ-301 90 6 ОБГРУНТУВАННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ 94 6.1 Визначення капітальних вкладень 94 6.2 Визначення річних експлуатаційних витрат 95 6.3 Складання кошторису електроенергетичних витрат 97 6.4 Розрахунок поточних витрат на обслуговування електрообладнання 101 7 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 104 7.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих чинників 104   7.2 Заходи по зниженню негативної дії небезпечних і шкідливих виробничих чинників 107 7.3 Підвищення стійкості функціонування організацій в надзвичайних ситуаціях 110 8 ЕКОЛОГІЯ 112 7.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих чинників 112 7.2 Заходи по зниженню негативної дії небезпечних і шкідливих виробничих чинників 113 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ДО ДИПЛОМНОЇ РОБОТИ 115 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 117

In the qualification work, a study of the automatic control system of the control of the installation of vacuum evaporation of tomato paste and its thickening to a given moisture content in the final product. Ensuring low boiling points of raw materials and reducing the duration of the technological transition of evaporation best ensures the final quality of food and the efficiency of the installation as a whole - increasing its energy efficiency and reducing the duration of the production cycle. This qualification work proposes an improved dynamic model of vacuum evaporation installation, which takes into account changes in the perturbation channels, namely - deviations of flow characteristics, temperature fluctuations of the coolant and raw materials, dynamic changes of pressure parameters in the installation chamber. In the qualification work the automated control system of the vacuum evaporation unit was developed - on the basis of a programmable controller.
В кваліфікаційній роботі проведено дослідження роботи автоматичної системи управління контролю установкою вакуумного випарювання томатної пасти та її згущення до заданого вмісту вологи у кінцевому продукті. Забезпечення низьких температур кипіння сировини і скорочення тривалості технологічного переходу випарювання найкраще забезпечує кінцеву якість харчових продуктів та ефективність установки в цілому, – підвищення її енергоефективності та скорочення тривалості виробничого циклу. В даній кваліфікаційній роботі запропоновано удосконалену динамічну модель установки вакуумного випарювання, яка враховує зміни по каналах збурення, а саме, – відхилення витратних характеристик, температурні коливання теплоносія та сировини, динамічні зміни параметрів тиску у камері установки. В кваліфікаційній роботі розроблено автоматизовану систему керування установкою вакуумного випарювання на базі програмованого контролера.
АНОТАЦІЯ 1 ЗМІСТ 3 ВСТУП 5 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 7 1.1 Аналіз та обґрунтування тематики кваліфікаційної роботи 7 1.2 Аналіз вихідної інформації кваліфікаційної роботи 8 1.3 Огляд сучасного вакуумновипарного устаткування 9 1.4 Технологічні операції та процеси і їх характеристики 10 2 НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 11 2.1 Модель установки вакуумного випарювання 11 2.2 Аналіз процесу вакуумного випаровування плодоовочевих сумішей для виготовлення концентратів 22 2.3 Методики проведення експерименту та досліджень процесу вакуумного випарювання багатокомпонентних плодоовочевих сумішей в умовах вакууму. 24 3 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 30 3.1 Визначення виробничої програми в цеху плодоконсервного заводу 30 3.2 Вибір, обґрунтування параметрів технології виготовлення пасти томатної 31 33.3 Технологічні розрахунки установки вакуумного випарювання продуктивністю 20 т/год 34 4 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 38 4.1 Розробка конструкції установки вакуумного випарювання 38 4.1.1 Аналіз структури та складу вакуумновипарної установки. 38 4.2 Розрахунки деталей вакуумновипарної установки. Розрахунок ланцюгової передачі приводу вакуумновипарної установки. 38 4.3 Склад та принцип функціонування вакуумновипарної установки 41 4.4 Розробка системи автоматизації лінії виробництва томатної пасти 43 4.5 Розробка автоматизованої системи управління і контролю установки вакуумно-випарної УВИП-20/5 – на базі програмованого контролера 49 4.5.1 Призначення. 49 4.5.2 Склад і функціонування. 51 4.5.3 Робота з модулем 52 4.5.5 Підключення до комп'ютера 53 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА. 54 5.1 Програмування модуля RS 2-1 в мережах MODBUS 54 5.2 Формати команд 54 5.3 Алгоритм обчислення контрольного циклічного коду (CRC16) 58 6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 61 6.1 ОХОРОНА ПРАЦІ 61 6.1.1 Правила безпеки при експлуатації обладнання, що проектується. 61 6.1.2 Розрахунок природнього освітлення для проектованої дільниці. 63 6.2 БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 65 6.2.1 Основні заходи захисту населення і територій 65 6.2.2 Евакуаційні заходи 67 6.2.3 Розрахунок евакуаційних шляхів із виробничих приміщень (дільниці) цеху що проектується. 68 ВИСНОВОК 73 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 74 ДОДАТКИ 77

Dissertação de Mestrado em Engenharia Industrial
Esta tese tem por objectivo estudar o planeamento do carregamento de camiões num grande armazém automático do tipo AS/RS (Automatic Storage/Retrieval System), que é controlado por um sistema WMS (Warehouse Management Systems). Neste tipo de armazéns geralmente é o supervisor quem planeia o funcionamento, seleccionando as cargas (tarefas) que serão preparadas a cada instante. Normalmente, este tipo de plano é elaborado com base em regras de despacho muito simples. Devido à sua natureza combinatória o problema de sequenciamento de cargas é considerado um problema de elevada complexidade. A obtenção de soluções através de métodos exactos torna-se impraticável para problemas de grande dimensão devido ao esforço computacional requerido. A abordagem desta dissertação consiste na modelação do problema real com base na sequenciação de tarefas em lotes com o objectivo de minimizar a soma ponderada dos atrasos, em que cada tarefa tem subjacente um peso na sua realização. Desenvolveu-se uma metodologia heurística de resolução baseada num Algoritmo Genético e em Programação Dinâmica em que as cargas são agrupadas em lotes (“batches”). Foi desenvolvida uma aplicação em Visual Basic 6.0, que integrada com o sistema WMS, permitirá apoiar o planeamento de sequenciação de operações e controlar as operações de carga de viaturas. A sua interface gráfica permitirá ao utilizador a revisão dos parâmetros sempre que necessário e a obtenção automática de soluções de boa qualidade. Com vista a demonstrar a eficiência e a eficácia do algoritmo proposto foram utilizadas instâncias de teste retiradas de um conjunto de problemas padronizados conhecidos da literatura – OR_Library. As experiências computacionais efectuadas permitem aferir a vantagem da metodologia apresentada em relação à utilização das regras de despacho para a elaboração de planos. O método é eficiente e resolve instâncias de grande dimensão em tempo considerado adequado. A simplicidade, a eficiência e a robustez da metodologia apresentada permite que seja facilmente integrada num sistema de apoio à decisão, auxiliando o supervisor do armazém a elaborar diferentes alternativas de planeamento para diferentes configurações do sistema.
This thesis has the goal of studying the scheduling of truck load operations in a large warehouse with a robotic automatic storage/retrieval system (AS/RS) controlled by a Warehouse Management System (WMS). In this type of warehouse, it is the supervisor who defines the plan of operations, selecting the loads that have to be prepared at each time. Typically, this plan is constructed based on simple dispatching rules. Due to its combinatory nature, the load scheduling problem is considered a complex problem. The obtaining of solutions through exact methods is impracticable for the problems with large dimension due to the necessary computational effort. In this thesis the real problem is modelled to schedule the tasks in batches with the purpose of minimizing the total weighted tardiness. The tasks have different importances. It was developed a Genetic Algorithm and a Dynamic Programming procedure to schedule the preparations of the loads in batches. It was developed an application in Visual Basic 6.0, which integrated with the WMS system, will support the scheduling operations and control the operations of loads and unloads of trucks. Its graphic interface will allow the user the revision of its parameters and the obtain of good quality automatic solutions. In order to demonstrate the efficiency and efficacy of the exposed algorithm, were tested several instances forthcoming the literature – OR_Library. The computational experiences carried out permit the exposal of the advantage in using the present methodology instead of the construction of plans by simple dispatching rules. The method is efficient and solves large instances in an adequate time. The simplicity, efficiency and robustness of the present algorithm allows the integration on a background support decision system, helping the supervisor of the warehouse in the construction of different management alternatives for different models and configurations.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Comunicações
The emerging field of wireless body area networks (WBAN) has the potential to play an important role in everyday life, and there are many industries such as health, sports and entertainment that can take advantage of these networks. The wireless monitoring of users’ physical state, in indoor or outdoor environments, can bring benefits in several application scenarios; for example, it can increase patients’ general well-being and reduce caregivers’ workload by allowing continuous monitoring. This dissertation identifies and analyzes key performance aspects of using the ZigBee and IEEE 802.15.4 protocols in WBAN applications. The main reason behind this work is because these protocols were designed primarily for wireless sensor networks (WSNs) but are also being used in WBAN applications, particularly in the healthcare area. The differences between WSN and WBANs are explained and are used to discuss the usage of the ZigBee and the IEEE 802.15.4 standards in WBANs. The analysis performed in this work consists mainly in the execution of experimental tests with non-beacon enabled ZigBee/IEEE 802.15.4 networks, using widespread hardware and software platforms from Texas Instruments, regarding relevant quality of service (QoS) metrics (maximum throughput, delivery ratio and network delay), as well as the effects of multiple constraints, such as hidden nodes, clock drift and body interference in the network performance. A clock drift model was proposed to estimate when two nodes will interfere with each other. This model was conceived due to the lack of support from the ZigBee to overcome this issue. A solution to overcome the clock drift and the hidden node problems was then designed. A parametric software delay model of ZigBee network devices was also defined and introduced into a simulator so that more accurate simulation results could be obtained. The proposed models were deemed valid since they were thoroughly tested and the predicted results were obtained.
As redes de sensores sem fios de área corporal (WBAN) têm o potencial de desempenhar um papel importante no dia-a-dia. Hoje em dia há muitas indústrias, tais como na área da saúde, do desporto e do entretenimento, que podem tirar proveito dessas redes. A monitorização sem fios de sinais fisiológicos, tanto em ambientes fechados como ao ar livre, pode trazer benefícios em vários cenários de aplicação, tais como, aumentar o bem-estar de pacientes que são monitorizados e reduzir a carga de trabalho de médicos, permitindo a monitorização contínua. Esta dissertação identifica e analisa aspetos chave do desempenho das redes ZigBee e IEEE 802.15.4, quando usadas em aplicações típicas das WBAN. A principal motivação para a realização deste trabalho reside no facto de que, apesar de terem sido projetados principalmente para redes de sensores sem fio (WSN), estes protocolos estão também a ser utilizados em aplicações características das WBAN, particularmente na área da saúde. As diferenças entre as WSN e as WBAN são destacadas e usadas para discutir o uso dos protocolos ZigBee e IEEE 802.15.4 nas WBAN. A análise realizada neste trabalho consiste, principalmente, na execução de testes experimentais de redes ZigBee/IEEE 802.15.4 a funcionar no modo non-beacon enabled, usando as plataformas de hardware e software da Texas Instruments. A análise leva em consideração métricas relevantes (o máximo goodput, a taxa de entrega e o atraso da rede) de qualidade de serviço (QoS) e os efeitos de várias condicionantes, como os nós escondidos, o clock drift e a interferência do corpo humano no desempenho da rede. Um modelo para o clock drift foi proposto para estimar quando dois dispositivos irão interferir um com o outro devido a este fenómeno. Este modelo foi concebido devido à falta de capacidade para o ZigBee superar este problema. Posteriormente foi concebida uma solução para ultrapassar os problemas associados ao clock drift e aos nós escondidos. Um modelo paramétrico de atrasos de software em dispositivos de redes ZigBee foi também definido e introduzido num simulador, de modo a que resultados de simulações mais precisos possam ser obtidos. Os modelos propostos foram considerados válidos dado que foram testados e os resultados previstos foram obtidos.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)
As perturbações do espetro do autismo (PEA) são uma desordem global do desenvolvimento que se caraterizam por alterações qualitativas na interação social, na comunicação verbal e não verbal e por dificuldades na imaginação social. A robótica é uma área em expansão que apresenta potencial para estabelecer a ponte entre a engenharia e a sociedade, nomeadamente em problemáticas complexas como é o caso das PEA. Vários estudos foram realizados e enquadrados em diferentes projetos, como é o caso do projeto AuRoRa, IROMEC, Free. Estes projetos utilizam uma plataforma robótica para desenvolver competências sociais, de interação e de comunicação. As alterações qualitativas, descritas anteriormente na tríade de incapacidades, repercutem-se de forma significativa nas aprendizagens e no desenvolvimento das crianças com PEA. Este fato sustenta esta investigação cuja finalidade é compreender o efeito da introdução de uma plataforma robótica na promoção de aprendizagens e competências na intervenção em crianças com PEA. O robô Lego Mindstorms NXT foi utilizado neste estudo, tendo um papel de reforço positivo e/ou mediador nas diferentes atividades. Assim, pretendeu-se no final da investigação compreender se o robô poderia ser um incentivar a aprendizagem, e ainda ser capaz de captar a atenção e promover a interação em crianças com PEA. A investigação foi desenvolvida em três instituições, em seis fases: Definição da Atividade, Familiarização, Pré-Teste, Treino, Re-Teste e Transferência de Competências. As atividades realizaram-se em sessões de dez minutos, num total de, em média, onze sessões. Estas foram gravadas em vídeo para análise posterior, permitindo assim obter os resultados da investigação. Neste estudo pretendeu-se desenvolver cinco competências diferentes, em setes crianças com PEA. O sucesso na aquisição da competência foi atingido em quatro das sete crianças da amostra. Para além das competências referidas, verificou-se ainda a melhoria de outras competências, como por exemplo: o tempo de permanência na atividade ou o contato visual com o investigador. Portanto, no final desta dissertação pode afirmar-se que a presença do robô pode ter sido uma ferramenta motivacional para algumas das crianças participantes neste estudo, maximizando as suas interações e/ou potencializando a aprendizagem de novas competências, o que poderá contribuir para melhorar a sua qualidade de vida.
The autism spectrum disorder (ASD) is a global development disorder that is characterized by qualitative changes in the social interaction, verbal and non-verbal communication, and impairments in the social imagination. Robotics is a growing field that presents a potential able to establish the bridge between the engineering and the society, particularly in complex problems such as the PEA. Several studies were performed in different projects, such as AuRoRa, IROMEC, Free, which use a robotic platform to develop social skills, interaction and communication. The qualitative changes previously described in the Triad of Impairments are reflected substantially in the learning and development of children with ASD. This fact sustains this investigation which the goal is to understand the effect of the introduction of a robotic platform, in the promotion of learning and skills in the intervention of children with ASD. The used robot was the Lego Mindstorms NXT. It was used as a mediator and/or positive reinforcement of several activities. Thus, this research intended to understand if the robot could be a stimulator of the learning and still be able to capture the attention and promote the interaction in children with ASD. The research was performed in three institutions, in six phases: Definition of Activity, Familiarization, Pre-Test, Practice, Re-Test and Skills Transfer. The activities were performed in sessions of ten minutes, in a total average of eleven sessions. These were recorded for later analysis, which allowed us to obtain the results for this research. This study intended to develop five different skills, in seven children with ASD. The successful acquisition of competence was achieved in four of the seven children in the sample. However, there were other skills improved in the children, for example the time spent in the activity or visual contact with the researcher. So, at the end of this research can be stated that the presence of the robot could have been a motivational tool for some children, maximizing their interactions and/or promoting the learning of new skills. Therefore, it would be possible to improve their quality of life.

Dissertação de Mestrado em Matemática - Área de Especialização em Matemática e Aplicações à Mecânica
Nesta dissertação, é feita uma pequena apresentação sobre sistemas dinâmicos e mostra-se como a teoria de sistemas dinâmicos não-lineares pode ser usada para controlar o comportamento de um robô móvel e autónomo. Apresentam-se os princípios de design a que deve obedecer o sistema de controlo e como se pode formalizar uma arquitectura de controlo baseada em atractores móveis de sistemas dinâmicos não-lineares, para implementar num robô com modestos recursos sensoriais. Apresenta-se um sistema de monitorização que permite analisar os sistemas dinâmicos que controlam o movimento do robô, nomeadamente a localização das soluções atractoras e repulsoras. Este revelar-se-á uma ferramenta importante para a calibração de todo o sistema que controla o veículo autónomo e para a detecção e correcção de erros. Sendo os sistemas dinâmicos definidos por equações diferenciais não-lineares, a resolução das referidas equações é feita por métodos exclusivamente numéricos. Nesta dissertação também se apresenta um estudo que compara o comportamento do robô, quando se usam diferentes métodos numéricos de resolução de equações diferenciais. Quais as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos expostos? Um dos objectivos é a construção de um sistema que permita a adaptação automática de uma arquitectura de controlo baseada em sistema dinâmicos, i.e., dotar o robô de um sistema que permita (re)sintonizar alguns parâmetros quando não está a ter comportamentos desejados.
In this dissertation, a small presentation on dynamic systems is made and it is shown how the theory of nonlinear dynamic systems can be used to control the behaviour of a mobile and autonomous robot. The principles of the design to which the control system is submitted are presented here as well as the way how one can formalize an architecture of control based on moving attractors of nonlinear dynamic systems in order to be implemented in a robot with modest sensorial resources. A monotorization system is presented, that allows to analyse the dynamic systems that control the movement of the robot, namely the location of the attractors and repellers solutions. It will be an important tool for the calibration of all the system that controls the autonomous vehicle and for the discovering and correction of errors. Being the dynamic systems defined by nonlinear differential equations, the resolution of those equations is made by exclusively numerical methods. In this dissertation it is also presented a study that compares the behaviour of the robot, when different numerical methods to solve differential equations are used. What are the advantages and disadvantages of each of the displayed methods? One of the objectives is the construction of a system that allows the automatic adaptation of a control architecture based on dynamic systems. And also to endow the robot with a system that allows the (re)sintonization of some parameters when it is not achieving the desired behaviours.

Tese de doutoramento em Informática (ramo de conhecimento em Compiladores, Geração de Código e Robótica Industrial)
This document presents GIRo (Grafcet - Industrial Robots), that is a generic environment for programming industrial robots off-line, that includes: a truly high-level and declarative language (Grafcet); an easy-to-use front-end (Paintgraf); an intermediate representation (InteRGIRo); the translators from Paintgraf to InteRGIRo; the generic compiler, that translates InteRGIRo to the robot target code; and the editor for the robot language inputs (to obtain the necessary information about the robot target language, to allow the generation of code to such robot). GIRo focus on the modelling of the system, based on the Grafcet specification diagram, rather than on the robot details, improving the programming and maintenance tasks, allowing the reuse of source code, once this source code will be machine independent. GIRo also allows the programmer to write programs in the robot language, if he is familiarized with the robot commands. With GIRo: – the user can program robots in a high or low level; – the portability for the source code is granted; – the reuse of source code for different robots is allowed; – the programming and maintaining tasks are facilitated. GIRo is easy-to-use. So, GIRo is "giro1"!
Este documento apresenta um ambiente genérico de desenvolvimento de programas off-line para robôs industriais chamado GIRo (Grafcet - Industrial Robots). GIRo contém com os seguintes componentes: uma linguagem declarativa e de alto-nível (Grafcet); um front-end amigável (Paintgraf); uma representação intermédia (InteRGIRo); os tradutores para a InteRGIRo, a partir do diagrama Grafcet desenhado no Paintgraf; um compilador genérico de codígo que traduz a InteRGIRo para a linguagem de programação do robô destino; e um editor, utilizado para juntar as características e instruções da linguagem de programação do robô destino, a fim de permitir a geração de código para este robô. GIRo foca na modelação do sistema, baseado no diagrama de especificação de automa tismos Grafcet, ao invés das características físicas do robô. Desta forma, melhora-se as tarefas de desenvolvimento e manutenção de programas, uma vez que é permitido a reuti lização de código fonte, já que este é independente de plataforma. Giro também permite que o programador escreva os seus programas na linguagem do robô, caso o mesmo esteja familiarizado com os seus comandos. Com o GIRo: – a programação de robôs pode ser feita em alto nível (Grafcet) ou em baixo nível (linguagem do robô); – a portabilidade do código fonte é garantida; – a reutilização do codigo fonte para robôs diversos é permitido; – as tarefas de programação e manutenção são facilitadas. GIRo é fácil de utilizar. GIRo é "giro"!
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)

Tese de doutoramento em Electrónica Industrial (ramo de conhecimento em Informática Industrial)
Fault tolerance is a means of achieving high dependability for critical and highavailability systems. Despite the efforts to prevent and remove faults during the development of these systems, the application of fault tolerance is usually required because the hardware may fail during system operation and software faults are very hard to eliminate completely. One of the difficulties in implementing fault tolerance techniques is the lack of support from operating systems and middleware. In most fault tolerant projects, the programmer has to develop a fault tolerance implementation for each application. This strong customization makes the fault-tolerant software costly and difficult to implement and maintain. In particular, for small-scale embedded systems, the introduction of fault tolerance techniques may also have impact on their restricted resources, such as processing power and memory size. The purpose of this research is to provide fault tolerance support for real-time applications in small-scale embedded systems. The main approach of this thesis is to develop and integrate a customizable and extendable fault tolerance framework into a real-time operating system, in order to fulfill the needs of a large range of dependable applications. Special attention is taken to allow the coexistence of fault tolerance with real-time constraints. The utilization of the proposed framework features several advantages over ad-hoc implementations, such as simplifying application-level programming and improving the system configurability and maintainability. In addition, this thesis also investigates the application of aspect-oriented techniques to the development of real-time embedded fault-tolerant software. Aspect- Oriented Programming (AOP) is employed to modularize all fault tolerant source code, following the principle of separation of concerns, and to integrate the proposed framework into the operating system. Two case studies are used to evaluate the proposed implementation in terms of performance and resource costs. The results show that the overheads related to the framework application are acceptable and the ones related to the AOP implementation are negligible.
Tolerância a falhas é um meio de obter-se alta confiabilidade para sistemas críticos e de elevada disponibilidade. Apesar dos esforços para prevenir e remover falhas durante o desenvolvimento destes sistemas, a aplicação de tolerância a falhas é normalmente necessária, já que o hardware pode falhar durante a operação do sistema e falhas de software são muito difíceis de eliminar completamente. Uma das dificuldades na implementação de técnicas de tolerância a falhas é a falta de suporte por parte dos sistemas operativos e middleware. Na maioria dos projectos tolerantes a falhas, o programador deve desenvolver uma implementação de tolerância a falhas para cada aplicação. Esta elevada adaptação torna o software tolerante a falhas dispendioso e difícil de implementar e manter. Em particular, para sistemas embebidos de pequena escala, a introdução de técnicas de tolerância a falhas pode também ter impacto nos seus restritos recursos, tais como capacidade de processamento e tamanho da memória. O propósito desta tese é prover suporte à tolerância a falhas para aplicações de tempo real em sistemas embebidos de pequena escala. A principal abordagem utilizada nesta tese foi desenvolver e integrar uma framework tolerante a falhas, customizável e extensível, a um sistema operativo de tempo real, a fim de satisfazer às necessidades de uma larga gama de aplicações confiáveis. Especial atenção foi dada para permitir a coexistência de tolerância a falhas com restrições de tempo real. A utilização da framework proposta apresenta diversas vantagens sobre implementações ad-hoc, tais como simplificar a programação a nível da aplicação e melhorar a configurabilidade e a facilidade de manutenção do sistema. Além disto, esta tese também investiga a aplicação de técnicas orientadas a aspectos no desenvolvimento de software tolerante a falhas, embebido e de tempo real. A Programação Orientada a Aspectos (POA) é empregada para segregar em módulos isolados todo o código fonte tolerante a falhas, seguindo o princípio da separação de interesses, e para integrar a framework proposta com o sistema operativo. Dois casos de estudo são utilizados para avaliar a implementação proposta em termos de desempenho e utilização de recursos. Os resultados mostram que os acréscimos de recursos relativos à aplicação da framework são aceitáveis e os relativos à implementação POA são insignificantes.

Dissertação mestrado em engenharia electrónica industrial
A crescente necessidade do aumento de produtividade e da eficiência nas máquinas e nos processos industriais, impulsiona a adaptação de técnicas cada vez mais sofisticadas, sendo possíveis graças a tecnologias de controlo por computador. No corte por arranque de apara, usando um controlo em tempo real, é possível adaptar os parâmetros de corte para obter mais produtividade, eficiência e qualidade de corte. É neste contexto que se apresenta o trabalho efectuado no âmbito desta dissertação, orientado ao estudo e implementação de um sistema de auto-parametrização em tempo real de serra circular para corte de tubos metálicos. As máquinas tradicionais de corte por arranque de apara de tubos metálicos usam uma velocidade constante de corte. Este modo de funcionamento, em conjunto com os diferentes perfis de tubos, expõe a serra de corte a forças variáveis. Estas forças variáveis contribuem para uma má qualidade de corte e um maior desgaste na serra. Assim, o processo é parametrizado tendo em conta as piores condições que ocorrem na serra e na máquina. Usando um algoritmo de controlo, de forma a ajustar a velocidade de corte em função do esforço da serra, é possível obter um corte mais rápido e eficiente. A solução proposta baseou-se na implementação, num serrote automático, de um sistema de corte inteligente, controlado por um autómato industrial, com o objectivo de se obter um sistema de imediata comercialização. Foi ainda implementado um sistema de monitorização do processo corte, usando LabView e OPC (Object Linking and Embedding – for Process Control).
The growing need in machines and industrial processes´ increasing productivity and efficiency leads to the appliance of more sophisticated techniques, which are possible due to computer control technologies. In the shred extract cutting-off, using a real time control, it is possible to adapt the cutting-off parameters, in order to obtain more productivity, more efficiency and a better cutting-off quality. This is what this dissertation is actually about, which is oriented to the study and to the implementation of an auto-parameterization system, in real time, of the circular saw cutting-off for metallic tubes. The traditional shred cutting-off machines for metallic tubes use a constant cutting-off velocity. This mode of operation, combined with different tube profiles, exposes the cutting saw to variable forces. These variable forces contribute to a bad quality in the cutting-off process and also to a greater saw worn-out. This way, the parameterization is set in the worst cases which both occur in the saw and in the machine. Using a control algorithm, in order to adjust the cutting-off velocity to the saw strain, it is possible to get a more efficient and faster cutting-off. The proposed solution was based on the implementation of an intelligent cutting-off system in an automatic cutting-off machine, controlled by an industrial programmable logic controller, in order to obtain a system of immediate commerce. A cutting-off process monitor system has also been implemented, using LabView and OPC (Object Linking and Embedding – for Process Control).

Tese de doutoramento em Engenharia Mecânica (ramo de conhecimento em Eletrónica, Electrotecnia e Automação)
Ce travail est une thèse en co-tutelle encadrée par une convention de co-tutelle signée entre l'Université du Minho (UM) et l’École Normale Supérieure de Cachan (ENS). Le Département de Génie Mécanique (DEM) de l’UM et le Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA) de l'ENS de Cachan sont les principaux acteurs de cette coopération matérialisé par ce travail de thèse de l’auteur. Le travail de thèse a été élaboré dans les deux institutions et a été devélopé dans le domaine de la Sûreté de Fonctionnement de systèmes automatisés. La Sûreté de Fonctionnement (SdF) fait aujourd’hui irruption dans le cahier des charges d’un nombre de systèmes automatisés beaucoup plus important que par le passé. Assurer la sûreté d’un système nécessite une approche globale (pour ne pas laisser de maillon faible) qui porte sur l’ensemble des activités d’ingénierie puis d’exploitation du système. Dans le domaine des Systèmes à Evénements Discrets (SED), parmi les récentes contributions scientifiques majeures à l’amélioration de la SdF des systèmes automatisés on peut citer : la synthèse de contrôleurs sûrs grâce à la théorie de supervision, le diagnostic qui consiste à identifier des comportements fautifs et la vérification formelle de contrôleurs qui prouve la véracité de propriétés attendues. Nous avons pour notre part considéré un SED comme étant composé d’un contrôleur et d’un processus en boucle fermée, tous deux aux comportements asynchrones, synchronisés lors des échanges d’informations (cadencés par les phases de lecture des entrées et d’affectation des sorties du contrôleur). L'objectif principal de cette thèse est d’évaluer les apports, les limites et les complémentarités de la vérification du comportement d’un contrôleur logique par model-checking en prenant en compte, ou non, un modèle du processus commandé. Pour la modélisation nous proposons une classe d’automates non déterministes, communiquant par partage de variables logiques et aux transitions labellées par des expressions booléennes. Le modèle du processus est alors obtenu par coordination des comportements de modules élémentaires, grâce à un séquenceur qui permet une évolution asynchrone des modules jusqu’à atteindre une situation stable du modèle. La vérification formelle d’un ensemble représentatif de propriétés est traitée sur un système automatisé servant d’exemple support. Nous généralisons ces résultats et présentons une approche mixant la vérification formelle avec et sans modèle de processus. Cette approche est basée sur une double typologie des propriétés et des variables utilisées pour les exprimer. On distingue d’une part les propriétés de vivacité des propriétés de sûreté, et d’autre part les propriétés exprimées à partir de variables contrôlables ou non. Cette approche couplée propose un cadre de vérification plus rigoureux et plus sûr que celui de l’utilisation la plus souvent pratiquée, sans aucun modèle de processus.
Este trabalho consiste na realização de uma tese em co-tutela, enquadrada por uma convenção de co-tutela celebrada entre a Universidade do Minho (UM) e a École Normale Supérieure (ENS) de Cachan. O Departamento de Engenharia Mecânica da UM e o Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisé da ENS de Cachan são os principais actores desta colaboração materializada por esta tese de doutoramento do autor. O trabalho de tese foi elaborado nas duas instituições e foi desenvolvido no domínio da Segurança de Funcionamento de sistemas automatizados. A Segurança de Funcionamento (SdF) aparece, nos dias de hoje, tratada nos cadernos de encargos de cada vez mais sistemas automatizados de uma forma mais importante do que no passado. Garantir a segurança de um sistema implica uma abordagem global (para que nenhum aspecto seja descurado) que considera as várias vertentes da actividade de engenharia e posteriormente sobre a colocação em funcionamento e exploração do sistema automatizado. No domínio dos Sistemas a Eventos Discretos (SED), de entre as várias contribuições científicas de maior relevo para a melhoria da SdF de sistemas automatizados, pode-se citar: a síntese de controladores seguros a partir da aplicação da teoria da supervisão, o diagnóstico que consiste em identificar os comportamentos de falha e a verificação formal de controladores que prova a veracidade de certas propriedades comportamentais esperadas. Neste caso específico, foi considerado um SED como sendo composto por um controlador e um processo em malha fechada, cada um deles com comportamentos assíncronos, sendo sincronizados através da troca de informações entre eles (cuja cadência é caracterizada pelas fases de leitura das entradas e afectação das saídas do controlador). O objectivo principal desta tese é de avaliar as vantagens, os limites e a complementaridade na verificação formal de um controlador lógico, por model-checking, considerando, ou não, um modelo do processo comandado. Para a modelização propõe-se uma classe de autómatos não determinísticos, que comunicam por partilha de variáveis lógicas e com transições «labelizadas» por expressões booleanas. O modelo do processo é obtido pela coordenação dos comportamentos de módulos elementares graças a um sequenciador que permite uma evolução assíncrona dos módulos até que se atinja uma situação estável do modelo. A verificação formal de um exemplo representativo de propriedades é tratado num sistema automatizado que serve de exemplo suporte. Generaliza-se os resultados obtidos e apresenta-se uma abordagem onde é misturada a verificação formal com e sem modelo do processo. Esta abordagem é baseada numa dupla tipologia das propriedades e das variáveis utilizadas para as exprimir. Distingue-se, por um lado, as propriedades de vivacidade e de segurança e, por outro, as propriedades exprimidas a partir de variáveis controláveis ou não. Esta abordagem «mista» propõe um quadro de verificação formal mais rigoroso e mais seguro do que é usualmente praticado sem a utilização de qualquer modelo do processo.

Tese de Doutoramento em Electrónica Industrial - Ramo de Automação e Controlo
Ao longo desta tese, mostraremos como a dinâmica de atractores pode ser utilizada para controlar equipas de robôs móveis autónomos tornando-os capazes de navegar, em ambientes desconhecidos, de acordo com uma formação geométrica pré-determinada. Algumas das tarefas que são desempenhadas de forma mais eficiente por uma equipa de robôs coordenados em formação são: transporte de objectos, captura de fugitivos, formações de satélites e naves espaciais, exploração e reconhecimento de territórios e diversas aplicações no mundo submarino. Será usada uma estratégia líder–seguidor, na qual a formação desejada é dada através de uma matriz, chamada de matriz de formação, na qual os parâmetros em cada linha definem a pose desejada do robô na formação (isto é, o seu líder, distância desejada e orientação relativa para o líder). Esta posição desejada de um seguidor relativamente a um líder, pode ser, alternativamente, em coluna (atrás do líder), em linha (perpendicular ao líder), ou em oblíquo (de outra forma). Os valores dos parâmetros são, então, usados para moldar os campos vectoriais dos sistemas dinâmicos que geram os valores para as variáveis de controlo (isto é direcção de navegação e velocidade de translação). Estes sistemas dinâmicos são sintonizados de forma a que as variáveis de controlo estejam sempre muito perto de um dos atractores resultantes. A vantagem é que os sistemas são mais robustos contra perturbações porque o comportamento é gerado como uma série temporal de estados assimptoticamente estáveis. A principal contribuição desta tese reside no desenho de uma arquitectura de controlo para uma equipa de robôs que, usando a abordagem da dinâmica dos atractores, exibe implicitamente algumas caracter´ısticas importantes, tais como: a) a capacidade de estabilizar a formação desejada a partir de qualquer situação inicial; b) a capacidade de evitar obstáculos (sejam estáticos ou dinˆamicos); c) quebra de formações (que pode acontecer devido à presença de obstáculos); d) junção de formações. Através da manipulação da matriz de formação, também é possível alterar a formação durante a execução de uma missão. Esta mudança de formação pode ser apenas uma mudança na forma geométrica, ou um incremento ou decremento no número de robõs, proporcionando desta forma maior robustez á arquitectura em caso de falha de um robõ. A flexibilidade da arquitectura est presente, na medida em que enquanto a informação sensorial se altera, o sistema tamb’em altera as suas soluções continuamente, mas também descontinuamente (estabilizando a formação contra quebra da formaçao). Para demonstrar as capacidades da arquitectura proposta, para além de simulações por computador, duas escalas de robˆos serão usados. Estes robôs estão equipados com sensores de baixo nível para detectar obstruções com objectos. A detecção de colegas de equipa e sua localização feita usando um sistema de visão omnidireccional (nos robôs maiores) ou através das comunicações recebidas via rádio (robôs menores). Uma extensão para o espaçoo 3–D foi efectuada, sendo proposta uma arquitectura de controlo para uma equipa de 3 dirigíveis, que também se simulou.

У дипломній роботі вирішено практичну проблему зниження втрат електроенергії трансформаторної підстанції 110/35/10 кВ на основі реконструкції та запропоновані заходи для підвищення надійності системи електропостачання. Проведено обґрунтування та заміна трансформатора ТДТН – 16000/110 на трансформатор ТМН – 6300/110 на підстанції 110 кВ, що дозволить суттєво знизити втрати електроенергії. Проведені розрахунки короткого замикання та здійснено вибір засобів автоматики захисту електричного обладнання для забезпечення надійності роботи. Проведено обґрунтування та здійснено заміну масляних вимикачів на вакуумні на стороні 110 кВ і 35 кВ, що підвищує надійність районних мереж і є економічно вигідним

Tese de doutoramento em Engenharia Electrónica e de Computadores
Nesta Tese foi desenvolvida uma arquitectura de controlo cognitiva que permite a um robô trabalhar em conjunto com um humano, tendo sido escolhida como tarefa de validação a construção cooperativa de objectos. A arquitectura de controlo é inspirada pelas mais recentes investigações a nível teórico e experimental sobre os mecanismos neuro-cognitivos, que se acredita estarem na base de tarefas cooperativas entre humanos. A arquitectura de controlo do robô implementa a coordenação de acções e objectivos como um processo dinâmico que integra o contexto, o conhecimento da tarefa e os resultados previstos do comportamento motor do humano. É formalizada através de um sistema acoplado de Campos Dinâmicos Neuronais que representam uma rede distribuída de populações neuronais interligadas com funcionalidades específicas. O uso de Campos dinâmicos neuronais possibilita adicionar capacidades cognitivas ao robô (e.g. decisão mesmo perante informação incompleta, ambígua ou ruidosa, antecipação, capacidade de inferir intenções e entender acções do outro agente), permitindo que o seu comportamento não seja apenas gerado em reacção à informação sensorial adquirida. O robô usado nesta Tese é antropomórfico, sendo constituído por um braço manipulador de sete graus de liberdade com uma mão robótica, e um sistema de visão stereo, montados num torso estático. Foi ainda adicionado um sistema de síntese de fala e outro de reconhecimento. A validação da arquitectura de controlo cognitiva foi realizada em duas tarefas de construção, onde o robô e um humano constroem objectos. Na primeira tarefa a equipa tem que construir um modelo de um Toy Vehicle, e na segunda tarefa tem que construir um de quatro objectos com peças do Baufix TM. Nestas tarefas é possível verificar que o robô é capaz de percepcionar e inferir as acções/intenções do humano, e deste modo seleccionar a acção complementar a realizar. O robô é ainda capaz de monitorizar conflitos/erros realizados pelo humano, bem como erros que ele próprio realize.
This thesis proposes a cognitive control architecture for human-robot interaction, which has been validated through a cooperative construction task. The control architecture is inspired by recent theoretical and experimental research on the neuro-cognitive mechanisms that support joint action in humans. The robot control architecture implements the joint coordination of actions and goals as a dynamic process that integrates contextual cues, shared task knowledge and the predicted outcome of the user's motor behaviour. It is formalized by a coupled system of dynamic neural fields representing a distributed network of local but connected neural populations with specific functionalities. The use of dynamic neural fields endows the robot with cognitive abilities (e.g. decision making even with incomplete, ambiguous or noisy information, anticipation, the ability to infer intentions and understand the other agents' actions), allowing a behaviour that is more than the simple reaction to the acquired sensory information. An anthropomorphic robot is used in this work, composed by a seven degrees of freedom manipulator arm with a dexterous gripper mounted on a static torso, and a stereo vision system. It is also equipped with a speech synthesis and recognition system. The validation of the cognitive control architecture was conducted in two joint construction tasks, where the robot and a human build several target objects from their component parts. In the first task the team has to build a Toy Vehicle model, and in the second, to build one of four objects with Baufix TM pieces. In these tasks one can verify that the robot is able to perceive and infer the actions/intentions of human, and therefore select its own, and most appropriate, action to perform. The robot is still able to monitor conflicts/errors performed by the human, and errors performed by itself.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) – SFRH/BD/18149/2004 ; Projecto LEMI (Learning to read the motor intention of others: towards socially intelligent robots) – POCI/v5/A0119/2005,08/2007-12/2008 ; Projecto Reequipamento (Anthropomorphic robotic systems: control based on the processing principles of the human and other primates’ motor system and potential applications in service robotics and biomedical engineering) – ref. CONC-REEQ/17/2001
Comissão Europeia - Projecto JAST (Joint Action Science Technology) – FP6-IST2, Proj. n.º 003747
Universidade do Minho - Projecto Reequipamento (Anthropomorphic robotic systems: control based on the processing principles of the human and other primates’ motor system and potential applications in service robotics and biomedical engineering) – ref. CONC-REEQ/17/2001

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
O controlo baseado em Central Pattern Generators (CPG) de sistemas locomoção permite um tipo de modulação que é direta e condicionada ao controlo dos parâmetros da rede. A implementação de tal controlo requer o conhecimento do mapeamento entre estes parâmetros e as variáveis que definem a locomoção. Uma abordagem a este problema consiste em usar métodos de Machine Learning. Neste trabalho, usando regressão linear múltipla, e, num estado mais tardio, Locally Weighted Projection Regression (LWPR), tentei manter a velocidade média de um sistema de locomoção de dois graus de liberdade. LWPR mostrou boas indicações de ser capaz de uma forma robusta e fácil de implementar de controlar certos aspectos da locomoção, havendo no entanto muito espaço para melhorar.
The Central Pattern Generator (CPG) based control of locomotor systems allows for a type of modulation that is straightforward and constrained to the control of the network parameters. The implementation of such control requires the knowledge of the mapping between this parameters and the variables that define the locomotion. One approach to this problem consists in calling upon machine learning methods. In this work, using Multiple Linear Regression, and, in a later stage, Locally Weighted Projection Regression (LWPR), we try to maintain the average velocity of a two Degree Of Freedom walking system. LWPR showed good indications of being able to provide an easy to implement and robust way of controlling certain aspects of the locomotion, with there still being much room for improvement.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Projeto PTDC/EEACRO/100655/2008
FEDER Funding supported by the Operational Program Competitive Factors - COMPETE
Pedro Pontes is supported by grant UMINHO/BI/78/2012

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
Atualmente verifica-se um crescimento exponencial a nível de desenvolvimento de sistemas robóticos móveis havendo um esforço para criar sistemas com propriedades mais eficientes e adaptáveis às exigências do ambiente de trabalho. Neste contexto, têm havido uma preocupação acrescida em desenvolver melhores sistemas de locomoção quer seja locomoção por rodas quer seja por pernas (bípede, quadrúpede e hexapode). Esta dissertação foca-se na otimização da locomoção bípede a qual é uma área que tem sido alvo de grande atenção uma vez que esta é uma área da robótica que ainda necessita de progredir no sentido de conseguir finalmente uma locomoção tão eficiente como a marcha humana. Deste modo, a elaboração deste trabalho teve como objetivos principais a criação de uma estratégia de otimização que combinasse a geração de padrões de movimento através de geradores centrais de padrões (CPGs) com um algoritmo de otimização evolucionário (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm ll). Essa estratégia implicou a determinação de objetivos que correspondem a características da locomoção bípede e que foram otimizados, sendo eles o deslocamento frontal, a altura a que o pé levanta, a força de impacto entre os pés e o chão e a posição do centro de massa. Os resultados foram obtidos a partir de simulações na plataforma Webots para o robô bípede Darwin-OP. Neste contexto, os resultados foram muito satisfatórios uma vez que o algoritmo foi capaz de gerar locomoção estável e os objetivos propostos foram otimizados. Foi feito também um estudo de sensibilidade que determinou a existência de parâmetros de CPGs que apresentam uma forte correlação positiva com as funções objetivos. Assim, os parâmetros Acompasso, frequência ω e ORoll influenciam fortemente o deslocamento e a força de impacto e o parâmetro AhPitch influencia a altura a que o pé levanta. No futuro seria pertinente aplicar o algoritmo elaborado num robô bípede real e conferir se consegue gerar uma locomoção eficiente em condições reais.
Presently there is an exponential increase on the level of development of mobile robotic systems and so there is an effort to create systems with properties more efficient and adaptable to the demands of the work environment. In this context, there has been a heightened concern in developing better systems of locomotion either by wheels either by legs (bipedal, 4-legged or 6-legged). This dissertation focuses on the optimization of bipedal locomotion which is an area that has been the subject of much attention since this is an area of robotics that still needs to make progress towards finally achieving locomotion as efficient as the human gait. Thus, this work aimed to create an optimization strategy that combines the generation of movement patterns through central pattern generators (CPGs) with an evolutionary optimization algorithm (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II). This strategy involved the determination of objectives that correspond to characteristics of bipedal locomotion and that have been optimized, namely the frontal displacement, the ground clearance, the impact force between the foot and the ground and the position of the center of mass. The results were obtained from simulations in Webots platform for the bipedal robot Darwin-OP. The results were very satisfactory since the algorithm was able to generate stable locomotion and the proposed objectives were optimized. We also made a sensitivity analysis that determined the existence of CPGs parameters that exhibit a strong positive correlation with the objective functions. Thus, the parameters Acompasso, the frequency ω and ORoll strongly influence the impact force and displacement as well as AhPitch influences the height to which the foot rises. In the future it would be appropriate to apply the developed algorithm in a real biped robot and check if it can generate an efficient locomotion in real conditions.

Tese de doutoramento em Engenharia Civil
Structural dynamic monitoring is currently used in several areas of engineering such as the mechanical, aeronautical, and civil communities. While in the most of these areas, dynamic monitoring tests started to be used in the 1970s, in the civil engineering field these tools have been used mostly since the 1980s for studying high flexible structures such as bridges and tall buildings. The use of these tools for monitoring cultural heritage buildings started to be studied at the University of Minho only in the last decade due to the interest in using non destructive methodologies for assessing the global response of these structures. The present work explores the possible inclusion of Wireless Sensor Networks (WSN) in the Operational Modal Analysis (OMA) schemes of existent structures. Since a complete solution of dynamic monitoring would also contemplate the improvement of feature extraction algorithms, the development of a new methodology for performing automatic and remote processes is addressed in this work. With this purpose, the possibilities of the commercial off-the-shelf solutions on WSN platforms were first explored. Laboratory and field OMA tests were carried out using these platforms and the results showed that this technology, as it is provided, has no direct application in this type of studies. The main reasons are the low resolution of the accelerometers and the ADCs embedded and the lack of communication protocols that assure not only a proper synchronization among nodes but also reliability in the communication processes. Once the limitations of the ready to use WSN solutions were identified a joint team involving electronic and communication engineers developed a prototype WSN system aiming at fulfilling the demanding requirements of OMA tests in existent structures. Despite the need of some improvements in this prototype system, the results of several rounds of validation tests demonstrated their excellent performance, which is comparable to conventional wired based systems, in scenarios with vibrations amplitudes higher than 0.1 mg. The last part of this work was dedicated to the improvement of the data processing stage of the dynamic monitoring processes. Due to the huge amount of collected data, the feasibility of continuous monitoring studies relies on the use of automatic feature extraction techniques. With this respect, a new algorithm was proposed for performing remote and automatic processes based on the interpretation of the information resulting from the parametric modal identification methods using a combination of the clustering techniques and the rule-based approach. The results of numerical and laboratory validation tests demonstrated the reliability of this algorithm since highly accurate estimations were obtained, with a high success rate. When the algorithm was tested in a field test using a 19th century church, the results demonstrated not only the efficacy of the algorithm but also the difficulties on using OMA tests in these structures, due to the fact that the environmental noise was, particularly during critical night hours, not enough to excite such heavy buildings.
A monitorização dinâmica de estruturas é usada actualmente em diferentes áreas da engenharia, como por exemplo a mecânica, aeronáutica e civil. Enquanto na maioria destas áreas estes ensaios começaram a ser usados na década dos 70s, na engenharia civil a sua aplicação foi feita a partir dos anos 80, com o intuito principal de estudar estruturas altamente flexíveis como pontes e edifícios altos. O uso deste tipo de técnicas de monitorização em edifícios de carácter histórico começou a ser estudada na Universidade do Minho só na última década devido ao interesse na exploração de ferramentas não destrutivas que permitiriam ajudar a compreender o comportamento global destas estruturas. O presente trabalho explora a possível inclusão dos sistemas de sensores sem fios na Análise Modal Operacional de estruturas existentes. Uma vez que uma solução de monitorização completa contempla também a melhoria dos algoritmos de extracção das propriedades dinâmicas, a procura desta solução, mediante o desenvolvimento de uma nova metodologia remota e automática para o processo dos dados, faz também parte desta tese. Neste sentido, foram inicialmente exploradas as possibilidades reais das plataformas comerciais sem fios. Os resultados dos ensaios realizados mostraram que estas plataformas, como são vendidas, não têm aplicação directa neste tipo de estudos. Os principais motivos são à baixa resolução dos acelerómetros e conversores analógicos - digitais (ADCs) disponíveis, além da falta de implementação de um protocolo de comunicação, o qual garantiria não só a sincronização entre nós, mas também um processo fiável de comunicação entre eles. Uma vez identificadas as limitações destas plataformas comerciais, uma equipa conjunta envolvendo engenheiros electrónicos e de comunicações desenvolveu um novo sistema de monitorização sem fios visando cumprir os exigentes requisitos dos ensaios Modais Operacionais em estruturas existentes. Sendo ainda preciso fazer melhorias no protótipo desenvolvido, os resultados dos numerosos ensaios de validação provaram o excelente desempenho deste, comparável com o dos sistemas convencionais com fios, em situações com vibrações superiores a 0.10 mg. A parte final deste trabalho foi dedicada à melhoria da etapa do processamento de dados nos processos de monitorização dinâmica. Devido a grande quantidade de informação recolhida nestes processos, a sua falibilidade está sujeita ao uso de ferramentas automáticas para o seu tratamento. Neste sentido, no presente trabalho propõe-se um novo algoritmo de identificação remota e automática baseado na interpretação dos resultados dos métodos de identificação paramétrica usando uma combinação das técnicas de agrupamento (clustering) e das baseadas na experiencia (ruled-based). Os resultados dos ensaios numéricos e laboratoriais demonstraram a eficácia do algoritmo desenvolvido com estimações altamente precisas e confiáveis. Quando o algoritmo foi testado numa experiência de campo no estudo duma igreja do século XIX, os resultados confirmaram não só a eficácia do algoritmo mas também a dificuldade de aplicação das técnicas de Análise Operacional nestas estruturas. Isto, devido ao facto de o ruído ambiente ser, em algumas horas críticas, insuficiente para excitar estes edifícios altamente rígidos.
The PhD Studies of the author were supported by Alban, European Union Programme of High Level Scholarships for Latin America, with the scholarship number E07D400374PE

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
In the growing fields of rehabilitation robotics, prosthetics, and walking robots, the modeling of a real robot is a complex and passionate challenge. On the crossing point of mechanics, physics and computer-science, the development of a complete model involves multiple tasks ranging from the 3D modeling of the different body parts, the measure of the different physic properties, the understanding of the requirements for an accurate simulation, to the development of a robotic controller. In order to minimize large forces due to shocks, to safely interact with the user or the environment, and knowing the ability of passive elastic elements to store and release energy, compliant mechanisms are increasingly being applied in robots applications. This work aims to the elaboration of an accurate efficient three-dimensional model of the legs of the quadruped Bioloid robot and the development of a world showing the effect on WebotsTM simulation software developed by Cyberbotics Ltd. The goal was to design a segmented pantographic leg with compliant joints, in order to actively retract the collision and the impact of the quadruped legs with the ground during locomotion. Geometrical and mechanical limits have to be evaluated and considered for the modeling setup. Finally a controller based on the use of Central Pattern Generators was improved in order to adapt to the novel model and simple tests were performed in the WebotsTM, rendering a 3D model simulation for the different values of spring-damping coefficients at the legs knee joint. Through the a MATLAB® algorithm, the characterization of the joint angles during simulation was possible to be assessed.
A modelação de um robot real é um desafio complexo e fascinante na crescente área da Robótica, que engloba desde robots de reabilitação, próteses a uma diversidade de outros dispositivos locomotores. No cruzamento da mecânica com a física e as ciências computacionais, o desenvolvimento de um modelo completo envolve várias tarefas que vão desde a modelação 3D das diferentes partes do corpo, a medição das propriedades físicos inerentes, a compreensão dos requisitos para uma simulação precisa bem como a aplicação de um controlador robótico. A fim de minimizar grandes forças devido a choques, interagir com segurança com o utilizador ou o ambiente e conhecendo a capacidade de armazenagem de energia por parte de elementos elásticos passivos, um sistema de amortecimento-mola demonstra ser uma aplicação de crescente interesse na Robótica. Este trabalho visa a elaboração de um modelo tridimensional eficiente e preciso das pernas do robô quadrúpede Bioloid a ser reproduzido num mundo no software WebotsTM desenvolvido pela Cyberbotics Ltd. O objectivo foi desenhar uma perna pantográfica segmentada tridimensional a ser aplicada em paralelo com um sistema de amortecimento-mola de forma a retrair activamente a colisão e o impacto das patas do quadrúpede com o solo durante a locomoção. Deste modo para uma configuração do modelo bem sucedida são tidos em conta limites geométricos e mecânicos. Por ultimo, o controlador com base no uso de ‘Central Pattern Generators’ foi melhorado a fim de se adaptar ao novo modelo e por conseguinte foram realizados testes simples usando o simulador WebotsTM. Nesta parte experimental é realizada a simulação do modelo permitindo avaliar o comportamento do modelo 3D para diferentes valores de coeficientes de mola e de amortecimento aplicados a nível do joelho da perna. Através de um algoritmo MATLAB® é possível caracterizar e analisar o comportamento doa ângulos das juntas durante a simulação.

Tese de Doutoramento em Electrónica Industrial (ramo do conhecimento em Automação e Controlo)
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - LEMI : "Learning to read the motor intention of the other : towards socially intelligence robots" (POCI / V.5 / A0119 /2005)
European project - IST-2000-29689 Artesimit "Artefact strutural learning though imitation", IST-003747-IP JASP "Joint of action science and tecnology"

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
Nowadays there is an increasing percentage of elderly people and it is expected that this percentage will continue increasing. This aging of the population carries huge costs to the government, especially in the provision of health care. Among those health care, there is the motor rehabilitation after a stroke. The recent robotic devices for gait training are pointed out as an excellent solution to solve this problem, because besides the cost savings they can provide longer and more innovative trainings. All the advantages presented by such devices can trigger more research in this area as well as more government investments. There are already some control strategies implemented in these devices, which should be improved to create new motor rehabilitation interventions. One strategy that can be used in the future is to provide the amount of motor assistance as the patient really needs to achieve certain goals. Lokomat is one of these rehabilitation devices, which allows changing the percentage of assistance provided to the user. However, it is necessary to study the effects of such strategy in the physiological response of the users. There is more and more consensus about the need to obtain muscular activation patterns and kinematic patterns during walking in devices as Lokomat very similar to those obtained by healthy subjects during non-assisted walking. Recent scientific investigations make us to believe that the nervous system controls human gait via a simple modular structure. It is important to understand how this structure works when the walking is assisted by robotic devices. Thus, this work had three main objectives: to study the muscular electric activity during walking in Lokomat, by varying the total assistance provided by the device, as well as the walking speed; to analyze kinematic changes obtained during Lokomat-assisted walking, as well as the interaction forces between each user and the robotic device; to understand how this modular organization of the nervous system involved in synchronization of the muscular activity works during walking assisted by robotic devices. Only healthy subjects participated in our study. Therefore, our work generated a basis of comparison for future control strategies to be implemented in motor rehabilitation. We obtained quite encouraging results, which allow us to formulate new strategies for motor rehabilitation. In the future, these strategies will be implemented and it expected that post-stroke people can restore their normal gait more quickly.
Actualmente verifica-se um aumento crescente da percentagem de pessoas idosas e prevê-se que essa percentagem continue a aumentar. Este envelhecimento da população acarreta enormes custos para o estado, sobretudo na prestação dos cuidados de saúde. Entre esses cuidados, está a reabilitação motora após um AVC (acidente vascular cerebral). Os novos dispositivos robóticos de treino da marcha são apontados como uma excelente solução para este problema, pois além da poupança de custos poderão proporcionar treinos de maior duração e mais inovadores. Todas as vantagens apresentadas por este tipo de dispositivos podem servir para o despoletar de cada vez mais investigação nesta área e investimentos governamentais. Existem já algumas estratégias de controlo implementadas nestes dispositivos, que devem ser melhoradas para se criarem novas intervenções de reabilitação motora. Uma estratégia que se poderá utilizar futuramente nesses dispositivos consiste em providenciar somente a ajuda motora necessária para que o paciente atinja determinados objectivos. O Lokomat é um destes dispositivos, que permite variar a percentagem de ajuda providenciada. É no entanto necessário estudar os efeitos de tal estratégia na resposta fisiológica dos utilizadores. Cada vez se verifica maior consenso acerca da necessidade de se obterem padrões de activação muscular e padrões cinemáticos durante a marcha em dispositivos como o Lokomat muito similares aos obtidos por indivíduos saudáveis em marcha não assistida. Recentes investigações científicas levam-nos a crer que o sistema nervoso controla a marcha humana através de uma estrutura modular simples. É importante saber como actua essa estrutura quando a marcha é assistida por dispositivos robóticos. Assim, este trabalho teve três objectivos principais: estudar a actividade eléctrica muscular durante a marcha em Lokomat, variando a ajuda total providenciada pelo dispositivo, bem como a velocidade da marcha; analisar as diferenças cinemáticas obtidas durante a marcha em Lokomat, bem como as forças de interacção entre cada usuário e o dispositivo robótico; perceber como actua a organização modular do sistema nervoso envolvida na sincronização da actividade muscular durante a marcha em dispositivos robóticos. Apenas indivíduos saudáveis participaram neste estudo. Assim, este estudo gerou uma base de comparação para futuras estratégias de controlo utilizadas em reabilitação motora. Os resultados foram bastante animadores e permitam-nos formular novas estratégias de reabilitação motora. No futuro, estas estratégias serão levadas a cabo de modo a que pessoas afectadas por AVCs possam restabelecer mais rapidamente a sua marcha normal.

Tese de doutoramento do Doctoral Program on Biomedical Engineering
Biomedical wireless sensor networks are a key technology to support the development of new applications and services targeting the domain of healthcare, in particular, regarding data collection for continuous health monitoring of patients or to help physicians on their diagnosis and further treatment assessment. Therefore, due to the critical nature of both medical data and medical applications, such networks have to satisfy demanding quality of service requirements. Such goals are, nevertheless, negatively influenced by several factors. Those factors can be either internal (e.g., the network topology and the limited network throughput) or external (e.g., the characteristics and the use of the network deployment area) to the biomedical wireless sensor network. Indeed, when designing biomedical wireless sensor network, it should be taken into consideration numerous aspects of a very different nature. Despite the efforts made in the last few years to develop quality of service mechanisms targeting wireless sensor networks and its wide range of applications, the network deployment scenario can severely restrict the networks ability to provide the required performance. In particular, harsh environments, such as hospital facilities, can compromise the radio frequency communications and, consequently, the network’s ability to provide the quality of service required by medical applications. Furthermore, the impact of such environments on the network performance is hard to predict and manage due to its random nature. Consequently, network planning and management, in general or step-down hospital units, is a very hard task. In such context, this thesis presents a quality of service based network management method to help engineers, network administrators, and healthcare professionals managing and supervising biomedical wireless sensor networks. The proposed quality of service network management method comprises two modules, namely: the quality of service monitoring module, and the quality of service based admission control module. The quality of service monitoring module is in charge of continuously monitoring the relevant metrics used to quantify the performance of each data flow carried by the network, and, using a mathematical framework, detecting and classifying performance degradation events. By detecting and classifying quality of service degradation events, the proposed method can be used to prevent the incorrect operation of the network. Moreover, the information about each performance degradation event can be used to advise the network administrator to take the necessary corrective and preventive measures. On its turn, the quality of service based admission control module can be used to find the best location to add new patients into the network, and thus allows managing the network in order to find the most favourable network topology to maximise the quality of service provided by the biomedical wireless sensor network. Moreover, the quality of service-based admission control module uses the concept of “virtual sensor node” to mimic the presence of the new sensor nodes (i.e., the new patient) within the network, and by this way makes it possible to assess the network from a remote location, without the need for the physical presence of the new patient within the target location. The quality of service network management method proposed by this thesis was tested using both simulated and real environments. The field tests were performed in a small-sized hospital located in Esposende, known as “Hospital Valentim Ribeiro”. In view of the results achieved during the experiments, the quality of service monitoring module of the proposed method proves to be a valuable tool for both detection and classification of potential harmful variations in the quality of service provided by the network, avoiding its degradation to levels where the biomedical signs would be useless. On its turn, the quality of service based admission control module demonstrated its ability, not only to control the admission of new patients (i.e., new sensor nodes) to the biomedical wireless sensor network, but also to find the best location to admit the new patients within the network. By placing the new sensor nodes on the most favourable locations, this module is able to optimise the network topology in view of maximising the quality of service provided by the network.
A utilização de redes de sensores sem fios como suporte ao desenvolvimento de novas aplicações e serviços para a área da saúde é uma realidade crescente, em particular, no que diz respeito ao desenvolvimento de aplicações para monitorização contínua dos sinais vitais dos pacientes, com vista à melhoria dos cuidados de saúde prestados. No entanto, devido às elevadas exigências de qualidade das aplicações e serviços na área da saúde, as redes de sensores sem fios têm que cumprir requisitos de qualidade de serviço muito exigentes. O fornecimento de um serviço de elevada qualidade é fundamental para que estas redes sejam adotadas quer pela comunidade de profissionais de saúde quer pelos pacientes. Apesar dos esforços realizados durante os últimos anos no desenvolvimento de técnicas e mecanismos capazes de conferir às redes de sensores sem fios a capacidade para fornecerem serviços de qualidade, esta capacidade é influenciada por vários fatores, entre os quais se destacam a topologia e a capacidade da rede, assim como as características e a utilização dos locais onde estas redes se encontram. Em particular, ambientes hostis, como é o caso dos hospitais, podem comprometer seriamente as comunicações via rádio e, consequentemente, a capacidade destas redes fornecerem um serviço com a qualidade pretendida pelas aplicações que a utilizam. Mais ainda, a influência de tais ambientes na performance destas redes é aleatória, logo, difícil de prever e de gerir. Neste contexto, esta tese contribui com uma metodologia de gestão de redes de sensores sem fios cujo móbil é a maximização da qualidade de serviço proporcionada pela rede. A metodologia de gestão de redes de sensores sem fios proposta nesta tese é constituída por dois módulos, o módulo de monitorização da qualidade de serviço e o módulo de controlo de admissão de novos nós sensores à rede (e.g., novos pacientes para serem monitorizados no contexto de um sistema de monitorização de sinais vitais). O módulo de monitorização da qualidade de serviço proporcionada pela rede de sensores sem fios é responsável por monitorizar, continuamente, as métricas utilizadas para quantificar a qualidade de serviço associada a cada um dos fluxos de dados transportados pela rede. Este módulo utiliza ferramentas matemáticas no domínio do tempo para detetar e classificar eventos potencialmente perigosos para a performance da rede. Com base na informação gerada para cada evento, o módulo de monitorização da qualidade de serviço proporcionada pela rede é capaz de enviar mensagens de aviso para o gestor da rede. Por sua vez, o gestor da rede pode tomar as medidas que considerar necessárias para mitigar os efeitos nefastos de tais eventos sobre a rede. Por sua vez, o módulo de controlo de admissão de novos nós sensores à rede pode ser utilizado para verificar se um determinado nó sensor (e.g., um novo paciente) pode ser adicionado à rede e em caso afirmativo permite determinar qual é o melhor local para o colocar. Para tal utiliza o conceito de “nó sensor virtual”. O “nó sensor virtual” é criado por um nó sensor real já existente na rede e tem capacidade para imitar o comportamento do novo nó. Para tal, o “nó sensor virtual” envia para a rede tráfego com características idênticas às do tráfego que será gerado pelo novo nó real. Ao utilizar o conceito de “nó sensor virtual”, este módulo permite avaliar a rede acerca da possibilidade de admitir um novo nó sensor a partir de uma localização remota, sem a necessidade da sua presença física no local onde será inserido na rede de sensores sem fios. O método de gestão de redes de sensores sem fios proposto nesta tese foi extensivamente testado. Nos testes utilizaram-se ambos, ambientes simulados e ambientes reais. Os ambientes simulados foram maioritariamente utilizados durante o processo de desenvolvimento e implementação da metodologia proposta. Por sua vez, os testes em ambiente real, realizados no Hospital Valentim Ribeiro em Esposende, foram realizados para validar o método proposto. Com base nos resultados obtidos durante os testes efetuados é possível argumentar que a metodologia proposta é capaz de detetar e classificar eventos com potencial para degradar a qualidade de serviço proporcionada pela rede de sensores sem fios. A deteção de tais eventos potencialmente perigosos é feita logo no seu início, evitando-se assim qua a performance da rede se degrada para níveis não admissíveis pelas aplicações que utilizam a rede. Quanto ao módulo de controlo de admissão de novos nós sensores à rede, foi possível demonstrar a sua viabilidade quer na decisão de admitir o novo nó sensor na rede quer na determinação do melhor local para o colocar.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) PhD grant SFRH/BD/61278/2009.

Dissertação de Mestrado em Ensino da Física
O presente estudo teve como objectivo principal avaliar as potencialidades do uso da Robótica no Ensino da Física, especificamente nas áreas do Som e da Luz, e foi desenvolvido junto de 41 alunos de Cursos de Educação e Formação (3º Ciclo) da Escola Secundária de Fafe, no ano lectivo 2006/07. Na leccionação do módulo “Som e Luz” foram incluídas actividades experimentais que, usando o Mindstorms NXT, trataram esses conteúdos, com o objectivo de melhorar a aprendizagem dos temas envolvidos mas também induzir um maior interesse pela ciência e pelo estudo em geral. De forma a avaliar das vantagens comparativas da robótica educativa neste âmbito, foram, paralelamente, aplicadas a outro grupo de alunos, actividades experimentais equivalentes às referidas anteriormente mas excluindo o uso do Mindstorms NXT. Para averiguar qual das duas metodologias proporciona melhores ganhos a nível da aprendizagem, e ao nível do desenvolvimento de competências do tipo social e atitudinal, foi aplicado um mesmo teste antes e depois da leccionação do módulo. Parâmetros como comportamento, participação e empenho/interesse, foram também continuamente classificados, em sala de aula. A utilização do Mindstorms NXT teve um impacto muito positivo nos alunos que constituíram a amostra deste estudo. Os próprios afirmaram, no teste de satisfação, que o Mindstorms NXT contribuiu, de forma determinante, para despertar o entusiasmo e interesse, para além de lhe atribuírem um papel importante no esclarecimento dos conceitos físicos abordados. De facto, nas aulas em que decorreram actividades experimentais com recurso ao Mindstorms NXT foram registadas melhorias significativas a nível de motivação desses alunos, que se reflectiu no seu interesse/empenho, comportamento e participação, principalmente dos alunos mais indisciplinados e com maior dificuldade de concentração. Através da aplicação dos pré e pós-testes, registou-se uma maior evolução, tanto a nível individual como colectivo, no grupo que recorreu ao robot, concluindo-se que o recurso a este contribuiu para esclarecer os conceitos físicos abordados.
This study main objective is to evaluate the potential of the use of Robotics in the teaching of physics, more specifically in the areas of Sound and Light. The work was developed with the student population (41 students) which has chosen the Education and Formation Studies (3rd cycle of studies) at Escola Secundaria de Fafe, in the school year of 2006/07. When teaching the “Sound and Light” module, experimental activities have been included, which involved the use Mindstorms NXT robot, gaining an improved learning of the subjects studied while motivating students to the study of science. Equivalent experimental activities, without the use of Mindstorms NXT robot, were applied to a different group of students in order to comparatively conclude about the advantages of the use of educational robotics in this context. To find which of the two methods has the best results in terms of apprenticeship and development of social and aptitudinal competences, the same test was applied before and after the module. Also, in the classroom, the behaviour, participation and commitment/interest of the students were continuously monitored. The use of Mindstorms NXT robot had a very positive impact in the students that formed the sample of this study. It was stated by themselves, in the satisfaction test, that the use of the robot was the key of their enthusiasm and interest, aside from having a very important role in the understanding of the concepts of physics approached in class. In fact, in the classes with experimental activities that involved the Mindstorms NXT robot, the students were visibly more motivated, which reflected in their interest/commitment, behaviour and participation in the classes. This was more notorious with the more undisciplined students and with concentration problems. Through the pre- and post- tests, was found a better evolution n the group that used the robot: This lead us to believe that the introduction of robot contributed to better explain the physics’ concepts discussed in these classes.

Tese de doutoramento em Ciências (ramo de conhecimento em Matemática)
The work described here has the goal of providing new mathematical results about the formation of spatio-temporal patterns in dynamic neural fields (DNFs) that can be applied and tested in the domains of cognitive modelling and cognitive robotics. Specifically, the conditions for the existence and stability of multiple localized excitations in one-dimensional fields with external input were analysed. These multi-bump solutions represent the core of an original dynamic field model of fast sequence learning that was developed and subsequently tested in a real-world robotics experiment. While the existence and the stability of different types of patterns in DNFs have been addressed in many theoretical studies in the past, little attention has been paid thus far on the initial and input conditions that guarantee the evolution of these patterns. Following Laing et al. (2002), we apply a connectivity function with oscillatory rather than monotonic decay to study analytically and numerically the formation of multiple regions of excitation when several localized inputs are applied simultaneously or sequentially to the field. For the existence and stability proofs, we extend the ideas of Amari’s original work on pattern formation in fields with connectivity functions of lateral inhibition type. Based on the mathematical results, a novel model of multi-item memory of sequential events is proposed that exploits the processing mechanism of self-sustained activity in recurrently connected neural populations modelled by DNFs. A threshold accommodation dynamics is applied to establish a stable multi-bump solution with a gradient of excitation that represents in its relative activation strengths the temporal order and the relative timing of sequence elements. In line with findings in neurophysiological studies with monkeys, this memory representation pre-activates to varying degrees corresponding neural populations in a decision field. The competitive dynamics of this field allows recalling all sequence elements in the correct order and with the correct timing. The working memory model was extended to integrate also the sequence learning part in the modelling. Neural populations in a perceptual field represent in their selfsustained activation patterns the sensory cue (e.g., colour) that defines the sequence. The challenge for many modelling approaches to represent repeated elements is autonomously solved by the field dynamics since repeated sensory cues automatically activate different neuronal subpopulations. The memory of previous sequence demonstrations also preshapes the perceptual field. This preshaping mechanisms affects the time course of suprathreshold population activity and is thus fundamental to adjust the relative activation strengths of the memory gradient in successive sequence demonstrations. The numerical simulation show that the purely activation based learning principles implemented in the model are able to acquire and represent the order and timing of a sequence in just very few demonstration-executing cycle. To directly test the assumptions about the time course of population activity in the various interconnected field layers and to verify the model predictions, we conducted a robotics experiment. The learning model was integrated in the dynamic field based control architecture of the humanoid robot ARoS. In the experiment, ARoS had to learn a short musical sequence from human demonstrations to subsequently execute the piece of music on a keyboard. The successful results of the real-time robotics implementation are discussed in relation to theoretical ideas and experimental findings about sequencing and timing in humans and other animals.
O objetivo deste trabalho é fornecer novos resultados matemáticos sobre a formação de padrões espaço-temporais em campos dinâmicos neuronais (DNFs) que podem ser aplicados e testados nos domínios da modelação cognitiva e robótica cognitiva. Em particular, foram analisadas as condições para a existência e a estabilidade de múltiplas regiões localmente excitadas num campo unidimensional com uma entrada externa. Estas múltiplas regiões representam o base de um modelo de campos dinâmicos que foi desenvolvido para aprendizagem de sequências e posteriormente analisado numa experiência robótica em ambiente real. Embora haja vários estudos sobre a existência e a estabilidade dos diferentes tipos de padrôes em DNFs, pouca atenção tem sido dada sobre as condições iniciais e de entrada que garantem a evolução desses padrões. Tendo por base Laing et al. (2002), aplicou-se uma função de conectividade com decaimento oscilatório em vez de um decaimento monótono permitindo o estudo analítico e numérico da formação de múltiplas regiões de excitação quando várias entradas localizadas são aplicadas num campo dinâmico simultaneamente ou sequencialmente. Nas demonstrações da existência e estabilidade, foram estendidas as ideias do trabalho original de Amari em formação de padrões em campos dinâmicos com funções de conectividade do tipo inibição lateral. Tendo por base os resultados matemáticos, foi elaborado um novo modelo de memória de sequências de eventos que explora o mecanismo de processamento da atividade auto-sustentada em populações neuronais com ligações recorrentes modeladas por DNFs. Uma solução multi-picos estável com um gradiente de excitação é obtida a partir de uma dinâmica de adaptação do limiar de ativação do campo. Este gradiente representa, na sua força de ativação, a ordem temporal e o tempo relativo entre os elementos de sequência. De acordo com resultados obtidos em estudos neurofisiológicos com macacos, esta representação de memória pré-ativa, em níveis diferentes, as populações neuronais correspondentes no campo de decisão. A dinâmica competitiva deste campo permite recordar todos os elementos da sequência na ordem correta e com os intervalos de tempo corretos. O modelo de memória de trabalho foi estendido para integrar também a parte de aprendizagem da sequência na modelagem. Os padrões de ativação auto-sustentadas das populações neuronais no campo percetual representam o estímulo sensorial (por exemplo, cor) que define a sequência. O desafio para muitas abordagens de modelização de representar elementos repetidos é autonomamente resolvido pela dinâmica do campo que, de forma automática, representa elementos repetidos em diferentes subpopulações neuronais. A memória da sequência posteriormente demonstrada também pré-ativa o campo percetual. Este mecanismo de pré ativação afeta o tempo que a população demora a ficar ativa e é, portanto, essencial para ajustar as forças de ativação relativas do gradiente de memória em demonstrações sucessivas da sequência. As simulações numéricas mostram que os princípios de aprendizagem baseados puramente em ativação que foram implementados no modelo são capazes de adquirir e representar a ordem e o tempo de uma sequência ao fim de poucas demonstrações. Para testar diretamente os pressupostos sobre as evoluções temporais de atividade da população nos diferentes campos interligados e verificar as previsões do modelo, foi realizada uma experiência robótica. O modelo de aprendizagem foi integrado numa arquitetura dinâmica no robô humanoide ARoS. Na experiência o ARoS teve de aprender uma curta sequência musical, a partir de demonstrações executadas por um humano e, posteriormente, reproduzi-la num teclado. A experiência de implementação robótica em tempo real foi bem sucedida. Os respetivos resultados são discutidos em comparação com as ideias teóricas e resultados experimentais obtidos em experiências sobre sequências e tempo em seres humanos e outros animais.
FCT Grant SFRH/BD/42375/2007, financed by POPH-QREN-Type 4.1-Advanced Training, co-funded by the European Social Fund and national funds from MEC.

Dissertação de mestrado em Engenharia de Informática
Este trabalho, ou este estudo, ou esta experiência tenta demonstrar que existem ferramentas diferentes das já utilizadas para ajudar os alunos a compreender o funcionamento exato da disciplina de Matemática. Assim sendo, todo este projeto concentra-se na obtenção de formas diferentes de ensinar matemática aos alunos. A robótica, como instrumento de ensino e demonstração, vai permitir aos alunos terem um contacto prático com as matérias que lhes são ensinadas. Este projeto decorre numa escola básica com alunos do 5o ano. Todos estes alunos são voluntários e eram alunos com notas medianas a esta disciplina no ano anterior. Os robôs utilizados, são robôs da Lego Mindstorms NXT, com o respectivo software de programação. Os alunos tinham de os programar consoante a matéria que iam dando nas aulas. Nenhum aluno tinha tido contacto com estes robôs e muitos deles nem sequer nunca tinham mexido em computadores. Esta articulação programa-aluno-professor foi feita com a Diretora de Turma e a professora de Matemática, que iam revelando a planificação das aulas para que os alunos pudessem experimentar na prática o que tinham aprendido.
This study or this work, tries to demonstrate that there are different tools from the ones used before, to help students understand the exact procedure of the Mathematics subject. So, this whole project is focused in teaching Mathematics in a different approach. Robotics, as a teaching and demonstration tool, will allow the students to experience in a useful way the topics they’ll be learning. This project involves students of the 5th grade of a Middle School. All the students were volunteers and had had a medium evaluation the previous school year. The robots used are Lego Mindstorms NXT, with the proper programming software. The students had to program them according to what they learned in class. None of the students had ever used these computers and some of them had never used a computer before. This purpose: program-student-teacher was done with the class director and the Maths teacher, who explained their planning to the students so that they could put into practise their work.