Resumo

O controle da intensidade percebida de áudio (\textit{loudness}) na radiodifusão é prática comum e legalmente exigida desde a publicação da Recomendação ITU-RBS.1770, da União Internacional de Telecomunicações (ITU)\sigla*{ITU}{\textit{International Telecommunication Union} (União Internacional de Telecomunicações)}, para medição objetiva de áudio multicanal. Recomendações e regulamentos regionais foram publicados com base no algoritmo ITU-R, inclusive no Brasil. Isto posto, há oportunidades tanto de melhoria da regulamentação nacional à luz das contribuições mais recentes na área, quanto de aprimoramento do modelo ITU-R para medidas em sistemas avançados de áudio espacial. Este trabalho persegue estes dois objetivos ao testar os parâmetros da norma nacional com um controlador de intensidade percebida em tempo real usando descritores de formato-curto, além de procurar contribuir com as discussões sobre o tema no âmbito do ITU-R com o desenvolvimento de um modelo de medição objetiva adaptado aos novos formatos de áudio especial. Este teve um desempenho satisfatório em comparação com outros modelos, embora fosse puramente uma solução de processamento de sinais e suas leituras não se assemelhassem tanto aos resultados subjetivos. Buscando benefícios potenciais de um modelo mais perceptivamente motivado, realizou-se período sanduíche no Instituto de Gravação de Som da Universidade de Surrey, no Reino Unido, durante o qual foram conduzidos testes de escuta para avaliação dos parâmetros posicionais de distância, azimute e elevação, cujos resultados serviram de base para a obtenção de curvas de correção de ganho e nova ponderação direcional para o modelo ITU-R. Os resultados gerais apontam para avanços tanto na frente regulatória quanto na de padronização, seja pela elaboração de uma estratégia de melhorias propostas para a norma brasileira de intensidade percebida, seja pela comparação deste novo algoritmo de predição com a fortuna crítica de modelos de \textit{loudness} por meio de medições realizadas em conteúdo para sistemas de reprodução de áudio espacial multicanal. O modelo desenvolvido obteve a melhor relação de compromisso entre erros de predição (RMSE*), correlação das estimações com os resultados dos testes subjetivos, e tempo médio de execução.

Abstract

Loudness control for brodcasting is a common and legally required practice since the International Telecommunication Union (ITU) Recommendation ITU-RBS.1770 for objective measurements in multichannel audio. Recommendations and regulations based on ITU-R algorithm have been published worldwide, Brazil included. There is room for improvement of national regulations in light of recent contributions to the field, and also for adapting the ITU-R model to measurements in advanced audio systems. This work pursues these two goals by testing the parameters of the norm with a real-time loudness controller using short-form descriptors and by developing a new objective measurement model adapted to the new spatial audio formats. The method performed well compared to other loudness models, although it was purely signal processing based and its readings were not much close to subject responses. The potential benefits of a more perceptually motivated model led to a PhD placement in the Institute of Sound Recording at the University of Surrey (UK), where listening tests were conducted to assess positional parameters of distance, azimuth and elevation, whose results served as basis to derive gain correction curves and a new directional weighting for the ITU-R model. General results point to advancements in regulatory and standardization fronts, either by the elaboration of a strategy to improve the Brazilian norm of percieved intensity, or by comparing this new prediction method with the critical fortune of loudness models through measurements on audio content for multichannel reproduction systems. The developed model resulted in the best trade-off between prediction errors (RMSE*), correlation of predictions and subject responses, and mean run time.

Resumo

A crescente expansão na utilização de fontes distribuídas para a geração de energia elétrica trouxe consigo o aumento do uso de conversores estáticos de potência conectados direta-mente à rede de distribuição elétrica. Ainda que a emissão harmônica individual de cada conversor esteja dentro dos limites recomendados por normas e padrões nacionais e internacionais, a instala-ção de diversos equipamentos deste tipo em um mesmo ponto de conexão com o sistema elétrico, especialmente se associada à uma rede fraca, pode ocasionar níveis de distorção de tensão excessi-vos, que podem exceder limites estabelecidos em norma, provocar mau funcionamento de sistemas de controle e excitar ressonâncias, as quais podem não ser mitigadas pelas estratégias de amorteci-mento previstas pelos fabricantes. Tendo em vista este cenário fica estabelecido o interesse em se desenvolver converso-res estáticos de potência que empreguem técnicas de modulação e outras estratégias que, ao invés de reduzir as componentes harmônicas normalmente presentes nas correntes habitualmente injeta-das pelos equipamentos, busquem eliminá-las ou não permitir sua ocorrência no processo de gera-ção de energia, ou seja, equipamentos que se comportem essencialmente como fontes de corrente senoidais, preferencialmente sem o uso de filtros passivos. As capacitâncias típicas destes filtros, projetadas com o intuito de se limitar a potência reativa drenada da rede, têm o efeito indesejado de reduzir as frequências de ocorrência de ressonâncias série. O objetivo deste trabalho é estabelecer o conversor de fator de potência verdadeira-mente unitário como uma vantajosa topologia de sistema de condicionamento de potência para ge-ração de energia eólica, capaz de atender aos requisitos de qualidade de energia e simultaneamente modificar as características de ressonância em parques de maneira favorável.

Abstract

The growing expansion in the use of distributed sources for the generation of electric-ity brought the increased use of power static converters connected directly to the electrical distri-bution network. While the individual harmonic emission of each converter may be within the lim-its recommended by national and international standards, the installation of several equipment of this type in a single point of connection to the electrical system, especially if associated with a weak grid, may cause excessive distortion levels, which may exceed regulation limits, cause mal-function of control systems and excite resonances, which may not be mitigated by damping strat-egies provided by the manufacturers. Given this scenario is established interest in developing static power converters em-ploying modulation techniques and other strategies that, instead of reducing the harmonic current components normally injected by the equipment, seek to eliminate them or not allow their occur-rence in the power generation process, that is, equipment that essentially behaves as sinusoidal current sources, preferably without the use of passive filters. The typical filter capacitances, de-signed to limit the reactive power drained from the network, have the undesired effect of reducing the frequencies of occurrence of series resonances. The goal of this work is to establish the true unit power factor converter as an advan-tageous topology of power conditioning system for wind power generation, capable of meeting power quality requirements and simultaneously modifying the resonance characteristics in farms in a favorable way.

Resumo

Ventiladores mecânicos são máquinas usadas para assistir a respiração e são amplamente utilizados em pesquisas envolvendo doenças respiratórias. No entanto, a maior parte das opções comerciais disponíveis para pequenos animais possuem limitações em rastrear perfis ventilatórios de pressão ou vazão de ar. Controle por Aprendizagem Iterativa ou Iterative Learning Control (ILC) é uma técnica de controle que visa melhorar o desempenho de sistemas com tarefas repetitivas através do aprendizado com execuções anteriores. Este estudo propõe avaliar estratégias de controle com ILC para o problema de rastreamento de perfis associados a modos de ventilação artificial. Utilizamos estratégias baseadas somente em ILC, em um controlador PI tradicional e em uma combinação ambos. Os sistemas de controle foram projetados com base em funções de transferência, obtidas a partir de um modelo simplificado de um ventilador proposto recentemente linearizado por realimentação. O desempenho dos sistemas foi avaliado por meio de simulações, onde incorporamos cenários hipotéticos com vazamentos, ruído na medição e incertezas paramétricas na linearização. Tendo em consideração que, pequenos desvios do perfil de referência podem causar danos ao pulmão do paciente, ILC sozinho se mostrou inadequado para ventiladores mecânicos nas iterações iniciais. A arquitetura com ILC e PI combinou as vantagens das duas estratégias, com um desempenho inicial aceitável, mas que melhora a cada iteração. Essa estratégia com PI e ILC permaneceu robusta para os diversos tipos de perturbações testados, especialmente nos cenários com vazamentos periódicos.

Abstract

Mechanical ventilators are machines used to assist breathing and are widely used in research involving respiratory diseases. However, most commercial options available for small animals have limitations when tracking ventilatory profiles such as desired air pressure or flow. Iterative Learning Control (ILC) is a control technique that aims to improve performance of systems with repetitive tasks by learning on previous executions. This study proposes ILC control strategies for the problem of tracking profiles associated with ventilation modes. We use strategies based only in ILC, in a classical PI controller and in a combination of both. The control systems design was based on transfer functions, obtained from a simplified model of a feedback linearized recently proposed ventilator. The systems performance was evaluated with simulations, where we incorporated hypothetical scenarios with leakages, sensor noise and parametric uncertainty in the linearization. Considering that even small deviations from the reference profile can harm the patient's lung, ILC alone was shown to be inadequate for mechanical ventilators in the initial iterations. The architecture with ILC and PI combined the benefits of both strategies, with an acceptable initial performance that still improves each iteration. This strategy with PI and ILC remained robust for all the types of disturbances tested, especially in the scenarios with periodic leakage.