layhon roberto rodriguês dos santos sintonia adaptativa de algoritmos de controle de potência pid

126 Pages·2017·3.78 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE TECNOLO´GICA FEDERAL DO PARANA´
CAˆMPUS CORNE´LIO PROCO´PIO
DIRETORIA DE PESQUISA E PO´S-GRADUAC¸A˜O
PROGRAMA DE PO´S-GRADUAC¸A˜O EM ENGENHARIA ELE´TRICA
MESTRADO EM ENGENHARIA ELE´TRICA
ˆ
LAYHON ROBERTO RODRIGUES DOS SANTOS
SINTONIA ADAPTATIVA DE ALGORITMOS DE
ˆ ´
CONTROLE DE POTENCIA PID EM REDES OPTICAS
´ ˜
PASSIVAS DE PROXIMA GERAC¸AO BASEADA EM
ˆ
INTELIGENCIA COMPUTACIONAL
˜
DISSERTAC¸AO
CORNE´LIO PROCO´PIO
2018
ˆ
LAYHON ROBERTO RODRIGUES DOS SANTOS
SINTONIA ADAPTATIVA DE ALGORITMOS DE
ˆ ´
CONTROLE DE POTENCIA PID EM REDES OPTICAS
´ ˜
PASSIVAS DE PROXIMA GERAC¸AO BASEADA EM
ˆ
INTELIGENCIA COMPUTACIONAL
Disserta¸ca˜o apresentada ao Programa de Po´s-
gradua¸ca˜o em Engenharia El´etrica da Universi-
dade Tecnolo´gica Federal do Parana´ como re-
quisito parcial para obten¸c˜ao do grau de “Mestre
´
em Ciˆencias” – Area de Concentra¸ca˜o: Sistemas
Eletroˆnicos Industriais.
Orientador: F´abio Renan Durand
Co-orientador:Alessandro Goedtel
CORNE´LIO PROCO´PIO
2018
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação

S237 Santos, Layhon Roberto Rodrigues dos

Sintonia adaptativa de algoritmos de controle de potência / Layhon Roberto
Rodriguês dos Santos. – 2018.
123 f. : il. color. ; 31 cm.

Orientador: Fábio Renan Durand.
Coorientador: Alessandro Goedtel.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Cornélio Procópio, 2018.
Bibliografia: p. 103-107.

1. Algoritmos. 2. Controladores elétricos. 3. Controladores PID. 4. Engenharia
Elétrica – Dissertações. I. Durand, Fábio Renan, orient. II. Goedtel, Alessandro, coorient.
III. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Elétrica. IV. Título.

CDD (22. ed.) 621.3
Biblioteca da UTFPR - Câmpus Cornélio Procópio
Bibliotecários/Documentalistas responsáveis:
Simone Fidêncio de Oliveira Guerra – CRB-9/1276
Romeu Righetti de Araujo – CRB-9/1676
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Cornélio Procópio
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

TERMO DE APROVAÇÃO
Título da Dissertação Nº 44:

“Sintonia Adaptativa de Algoritmos de Controle de
Potência PID em Redes Ópticas Passivas de Próxima
Geração Baseada em Inteligência Computacional”.
por

Layhon Roberto Rodrigues dos Santos

Orientador: Prof. Dr. Fábio Renan Durand

Esta dissertação foi apresentada como requisito parcial à obtenção do
grau de MESTRE EM ENGENHARIA ELÉTRICA – Área de Concentração: Sistemas
Eletrônicos Industriais, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica –
PPGEE – da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Câmpus
Cornélio Procópio, às 9:00h do dia 04 de Abril de 2018. O trabalho foi aprovado pela
Banca Examinadora, composta pelos professores:

__________________________________ __________________________________
Prof. Dr. Fábio Renan Durand Prof. Dr. Leonimer Flávio de Melo
(Presidente) (UEL)

_________________________________
Prof. Dr. Paulo Rogério Scalassara.
(UTFPR-CP)

Visto da coordenação: __________________________________
Alessandro do Nascimento Vargas
Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR Câmpus Cornélio Procópio
A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Programa.

Av. Alberto Carazzai, 1640 - 86.300-000- Cornélio Procópio – PR.
Tel. [phone] / e-mail: [email protected] / www.utfpr.edu.br/cornelioprocopio/ppgee
Dedico esse trabalho a Deus e as pessoas mais especiais da minha
vida:
minha m˜ae Salete, meu pai Roberto e meu irm˜ao Lyncoln, que me
apoiam em cada passo que dou, em dias glo´rias e frustra¸co˜es, com
palavras que orientam e motivam;
meus amigos Alan Ramazotti dos Santos, Ju´nio C´ezar da Silva e
William Schuindt, que me acompanham em dias bons e ruins ao
longo dos u´ltimos 16 anos;
meus familiares e av´os que transmitem palavras de confian¸ca, per-
severan¸ca e experiˆencias de sabedoria no decorrer da minha vida;
aos muitos amigos do CIPECA da UTFPR-CP, pelo companhei-
rismo ao longo dos u´ltimos 18 meses;
ao Pr. Jos´e Vit´orio Maranho, por um dia ter lan¸cado sobre minha
vida palavras de prosperidade espiritual, emocional e intelectual;
ao meu orientador Fa´bio Renan Durand, pelas orientac¸˜oes perti-
nentes a pesquisa e conselhos de amizade.
AGRADECIMENTOS
Agrade¸coprimeiramenteaDeus,quedesdeonascimentomecapacitouecuidoude
mim. Durante a fase de parto, minha m˜ae foi obrigada assinar um documento relacionado
a complica¸co˜es de sau´de, no qual ela deveria escolher entre mim e ela, ela me escolheu,
sobretudo pela grac¸a de Deus fomos salvos.
Aos meus pais e irma˜o, por me guiarem por bons caminhos atrav´es de suas
corre¸co˜es, honestidade e guerreirismo. Certa feita, meu pai me disse: - Eu passei por
muitas necessidades, comecei a trabalhar aos 8 anos... tudo isso, me fez forte e aprendi
algo: ”somos pequenos e por isso precisamos sonhar muito para alcan¸car um pouco desse
muito, por isso, nunca sonhe pouco e baixo”.
Aos demais familiares e amigos, em especial, aqueles que esta˜o presentes me
apoiando e motivando. Em alguns momentos, at´e aqui, me senti fraco e desorientado,
a sensibilidade deles os fizeram perceberem esses momentos confusos e de imediato me
transmitiram sabedoria, atrav´es de suas experiˆencias de vida.
Aos meus amigos do Centro Integrado de Pesquisa da UTFPR-CP, em especial,
Andrey Cabral, Calequela J. T. Manuel, Daniel C. Jacinto, Renata Mascari, Cristiane
Ap. P. Martinez, Ricardo dos Santos, Samuel Yamamoto e Bruna Fortunato pela suas
presen¸cas ativas ao longo desses 18 meses.
A todos professores, do Programa de Po´s Gradua¸ca˜o em Engenharia El´etrica da
UTFPR-CP e UEL, dos anos anteriores, atual e vindouros, que zelam pelo alto n´ıvel
de qualidade da pesquisa para dissemina¸ca˜o do conhecimento, contribuem para o aper-
fei¸coamento acadˆemico e sobretudo fazem isso por amor.
Ao meu Orientador prof. Dr. F´abio R. Durand, um amigo inestim´avel, que tem
uma carreira acadˆemica fanta´stica de professor e pesquisador, com contribuic¸˜oes cienti-
ficas e sociais. Durante esta pesquisa, sua orientac¸˜ao me deixou admirado por tamanha
sabedoria.
Ao meu Co-orientador prof. Dr. Alessandro Goedtel e o prof. Dr. Taufik Abr˜ao
por serem especialistas que contribu´ıram no decorrer da pesquisa com apontamentos que
enriqueceram.
Aos servidores e colaboradores da UTFPR-CP, em especial, a Tatiane Siqueira
dos Santos e a Ana Lucia Satiro Romano, que mantˆem respectivamente o secretariado e
a limpeza do nosso ambiente de pesquisa em ordem.
”Ou¸ca os conselhos e aceite as instru¸c˜oes e acabara´ sendo
sa´bio”Prov´erbios 19:20
RESUMO
SANTOS, Layhon R. R. dos. SINTONIA ADAPTATIVA DE ALGORITMOS DE CON-
ˆ ´ ´
TROLEDEPOTENCIAPIDEMREDESOPTICASPASSIVASDEPROXIMAGERA-
˜ ˆ
C¸AO BASEADA EM INTELIGENCIA COMPUTACIONAL. 123 f. Disserta¸c˜ao – Pro-
grama de Po´s-gradua¸ca˜o em Engenharia El´etrica, Universidade Tecnol´ogica Federal do
Parana´ . Corn´elio Proc´opio, 2018.
Nesse trabalho s˜ao propostos esquemas de sintonia adaptativa para algoritmos de controle
de potˆencia distribu´ıdos (DPCAs) proporcional-integral-derivativo (PID) utilizando os
sistemas inteligentes (SI): i) m´etodo de Tyreus-Lyuben; ii) a otimiza¸ca˜o por enxame
de part´ıculas (PSO); e iii) rede neural artificial Adaline (AANN). As abordagens do
controle de potˆencia sa˜o realizadas no sentido upstream das redes o´pticas passivas de
pro´xima gerac¸˜ao (NG-PON), especialmente para ser implantado no contexto de acesso
mu´ltiplo por divisa˜o de co´digos ´opticos em redes passivas (OCDMA-PON). Os principais
resultados demonstram habilidades de controle e sintonia adaptativa do DPCA atrav´es
dosm´etodosTL,PSOeAANNconsiderandoestimativasdeerrosrealistasnocanal´optico.
Sa˜o avaliadas as vantagens e desvantagens de cada m´etodo e suas varia¸co˜es.
Palavras-chave: Sintonia Adaptativa, Algortimos de Controle de Potˆencia Distribu´ıdos
(DPCA), Proporcional-Integral-Derivativo (PID), Otimiza¸ca˜o por Enxame de Part´ıculas
(PSO), Rede Neural Artificial Adaline (AANN), Tyreus-Lyuben (TL), Pro´xima Gera¸ca˜o
´
de Rede Opticas Passivas (NG-PON)
ABSTRACT
SANTOS, Layhon R. R. dos. ADAPTIVE TUNING OF PID POWER CONTROL AL-
GORITHMS IN NEXT GENERATION PASSIVE OPTICAL NETWORKS BASED ON
COMPUTATIONAL INTELLIGENCE. 123 f. Disserta¸c˜ao – Programa de P´os-gradua¸c˜ao
emEngenhariaEl´etrica, UniversidadeTecnol´ogicaFederaldoParana´. Corn´elioProco´pio,
2018.
In this work, is it proposed some power control strategies with adaptive auto-tuning for
a distributed power control algorithms (DPCAs) proportional-integral-derivative (PID)
using intelligent systems (IS): i) the Tyreus-Lyuben (TL) method; ii) particle swarm
optimization(PSO);andiii)Adalineartificialneuralnetwork(AANN).Thepowercontrol
approach is realized for the upstream of next-generation passive optical networks (NG-
PON), especially to be deployed in the context of optical code division multiplexing access
passivenetworks(OCDMA-PON).Themainresultsdemonstratetheabilityofcontroland
adaptive auto-tuning through of the TL, PSO and AANN methods considering realistic
error estimates in the optical channel. The advantages and disadvantages of each method
and its variations are evaluated.
Keywords: Adaptivetuning,DistributedPowerControlAlgorithm(DPCA),Proportional-
Integral-Derivative (PID), Particle Swarm Optimization (PSO), Adaline Artificial Neural
Network(AANN),Tyreus-Lyuben(TL),Next-GenerationPassiveOpticalNetworks(NG-
PON)