Estudo de um atuador planar

Um novo atuador planar eletromagnético multifase foi investigado. Este tipo de atuador pode ser utilizado em sistemas que requeiram movimento bidirecional sobre o plano como, por exemplo, em máquinas operatrizes industriais. O dispositivo em estudo possui uma armadura plana, estacionária, sem ranhuras e um carro com mobilidade planar. O núcleo da armadura é composto de uma chapa de material ferromagnético macio, em torno da qual estão montados os dois enrolamentos da armadura, que são ortogonais entre si. Cada enrolamento está dividido em seções ou fases. O carro, que possui dois ímãs permanentes de NdFeB de alto produto energético, está mecanicamente conectado a um sistema de suspensão, composto de rolamentos lineares e de trilhos, que permitem o seu deslocamento sobre a superfície da armadura, com dois graus de liberdade. Quando os ímãs permanentes estão localizados sobre as fases do enrolamento da armadura energizado com corrente, uma força eletromagnética planar de propulsão atuará sobre o carro, provocando seu deslocamento paralelamente à superfície da armadura. O atuador planar foi modelado analítica e teoricamente, com vistas a prever seu comportamento estático. O primeiro protótipo construído foi testado com a finalidade de avaliar suas características estáticas de funcionamento e de validar os modelos analítico e numérico. Os valores de densidade de fluxo no entreferro, de força normal e de força planar de propulsão, obtidos através dos ensaios, apresentaram uma boa aproximação em relação aos valores obtidos através dos modelos teóricos Tanto nos modelos teóricos, como no protótipo construído, foram avaliados dois casos distintos: no caso 1 foram utilizados no carro ímãs permanentes de 6,0 mm de comprimento axial e no caso 2, ímãs permanentes de 8,0 mm de comprimento axial. Os testes indicaram que a sensibilidade média do atuador planar para o caso 1 é de 3,61 N/A e para o caso 2 é de 5,37 N/A, quando as duas fases do enrolamento x localizadas sob os ímãs permanentes, foram percorridas por corrente.

Prensa electromagnética com recuperação de energia para corte e moldagem de chapas e tubos de AL

Foi desenvolvido um conversor de potência e atuador mecânico para a moldagem e corte, por ação de pressão magnética, de chapas e tubos de Al, com uma energia máxima de descarga de 10kJ. O conversor é composto por duas malhas de descarga em paralelo e duas malhas de recuperação de energia. O circuito é capaz de gerar uma corrente de pico de 50kA com uma taxa de variação máxima de 2kA/s através de um atuador, recuperar até 32% da sua energia inicial e diminuir o tempo de carga dos bancos de condensadores no mesmo valor, reduzindo assim a potência da fonte de alimentação primária Foram construídos vários atuadores de forma a otimizar o processo, considerando as várias funções pretendidas, como a deformação ou corte de chapas e compressão de tubos. O circuito elétrico aproximado desenvolvido em Matlab/Simulink foi validado, considerando apenas o funcionamento da malha primária sem o atuador e a dinâmica associada, sendo capaz de simular as respostas do sistema para várias situações específicas, tornando-se numa ferramenta para otimização do mesmo. Experimentalmente, os resultados obtidos provam ser possível cortar chapas Al de 0,5 e 0,8mm, com apenas 13% da energia total do circuito, e comprimir tubos de Al com 2mm de espessura e 50mm de diâmetro com apenas 2,4kJ. A topologia do circuito e a construção da máquina tiveram em conta vários aspetos que melhoram a proteção de pessoas e equipamentos e devida à sua configuração este é capaz de suportar variações de capacidade nos bancos de condensadores e variações de indutância nas bobinas de recuperação de energia sem se danificar.

Tomada de decisão em engenharia com base na teoria axiomática – caso de seleção de banco de ensaios para atuadores hidráulicos

A atividade de engenharia implica uma constante necessidade de tomadas de decisão. Na sua atividade profissional, o engenheiro está permanentemente a ter que tomar decisões cuja dificuldade pode variar desde casos simples até situações de elevada complexidade, dependendo do número de fatores envolvidos e da sua incerteza associada. A tomada de decisão durante a parte conceptual do projeto é uma destas situações, na medida em que as decisões então tomadas determinam fortemente os desenvolvimentos subsequentes. Por outro lado, a informação disponível é ainda escassa. Para além disso, quaisquer alterações posteriores contribuirão necessariamente para o encarecimento da solução final. É sobre a tomada de decisão na fase embrionária do projeto que se insere a presente dissertação. Nela se enfoca a importância da existência de ferramentas de suporte à tomada de decisão em projeto de engenharia contribuindo para a fundamentação das opções tomadas. Como exemplo, neste trabalho é feita a escolha de uma opção, de entre quatro possíveis apresentadas, para um banco de ensaios para atuadores hidráulicos usados no trem de aterragem dos aviões Dornier 228. Inicialmente são apresentadas algumas das principais teorias e métodos para apoio à tomada de decisão em engenharia, tendo sido eleita a Teoria Axiomática do Projeto como ferramenta de suporte para a seleção da melhor opção entre várias soluções alternativas. A escolha da Teoria Axiomática reside no facto de esta se caracterizar por ter uma fundamentação teórica de acordo com os padrões da ciência moderna e apresentar uma base analítica rigorosa para a condução da atividade de projeto. Depois de uma análise detalhada à legislação aeronáutica aplicável aos ensaios e do levantamento das condições físicas e humanas existentes na empresa onde decorreu o presente estudo, foram geradas quatro soluções alternativas para a instalação de um banco de ensaios para atuadores hidráulicos. A opção selecionada foi feita com base no conteúdo de informação de cada alternativa, de acordo segundo axioma da Teoria Axiomática. A dissertação termina com o desenvolvimento mais detalhado da solução eleita, após o que são retiradas conclusões e apontadas desejáveis ações futuras.

Método de avaliação de equipamentos para direcionamento de veículos agrícolas e efeito de sinais de GNSS

Pesquisas indicam que o uso de novas técnicas no campo da mecanização agrícola, como o tráfego controlado por meio de direcionamento com auxílio de Sistemas de Navegação Global por Satélites (GNSS), pode diminuir as exigências por energia associadas às operações de campo e aumentar a produtividade da mão de obra e da cultura. Alguns autores já utilizaram diferentes metodologias para avaliar erros de paralelismo em sistemas de orientação de veículos, porém não há um procedimento-padrão para medi-los. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi implementar uma planilha eletrônica específica, determinar e comparar a acurácia no paralelismo de dois sistemas distintos de orientação de veículos (uma barra de luz e um piloto automático com atuador de volante) em trajetórias retilíneas e utilizando sinal de GPS com dois sistemas de correção diferencial (um com algoritmo interno e outro, um sinal via satélite com acurácia submétrica). Para a avaliação dos sistemas de correção, utilizou-se como referência o sinal de correção diferencial RTK (Real Time Kinematic) para realização de cinco passadas paralelas sucessivas para cada sistema de correção, caracterizando cinco repetições de cada tratamento. A planilha viabilizou o método de avaliação utilizado e os erros apresentados para as correções nos dois equipamentos analisados mostraram-se compatíveis com operações que exijam acurácia de paralelismo da ordem de decímetros.

Projeto mecânico do mecanismo de aplicação de carga do sistema de deslocamento longitudinal e vertical de um simulador de teste acelerado de pavimentos rodoviários

O presente trabalho trata do desenvolvimento do projeto mecânico do mecanismo de aplicação de carga do sistema de deslocamento longitudinal do Simulador de Tráfego UFRGS DAERlRS. Esta é uma máquina utilizada para executar teste acelerado em pavimentos rodoviários. O sistema mecânico que executa o deslocamento longitudinal é composto de um chassi tipo carro que se movimenta de forma alternada dentro de uma estrutura metálica ao longo de 12 metros. Neste sistema mecânico deverá estar acop1ado um par de pneus para fazer a aplicação da carga por rolamento sobre a pista que estará sendo testada pelo simulador de tráfego. A cada ciclo completo um atuador hidráulico fará o respectivo carregamento sobre o garfo que guia os pneus, num único sentido, ou seja, no retomo o atuador suspende este mesmo garfo garantindo que não haja contato com a pista. A magnitude da carga aplicada deverá ser mantida constante e devidamente monitorada no decorrer dos ensaios. Para isso, conta-se com a imp1ementação de elementos elásticos e células de carga no conjunto. Para o desenvolvimento deste estudo foi empregada uma metodologia para o processo de projeto que se desdobra em quatro fases principais: Projeto Informacional, Projeto Conceitual, Projeto Preliminar e Projeto Detalhado. Tem-se como resultado deste 1rabalho o projeto mecânico do mecanismo de aplicação de carga do Simulador de Tráfego UFRGS-DAERlRS que poderá ser facilmente fabricado e imp1ementado no equipamento existente. O projeto foi elaborado considerando os itens montagem, manutenção e operação, o que resultará em aumento da sua performance durante sua utilização.

Sistema de gestão de rega com uma rede de sensores sem fios

Este projeto descreve a criação de um sistema de gestão de rega aplicado à agricultura, baseado numa rede de sensores sem fios (RSSF), e apresenta a implementação de um sistema para captação de energia, nomeadamente, um gerador hídrico segundo os modelos de pás do tipo hélice, para além da utilização de painéis solares. O sistema de gestão de rega consiste num protótipo de monitorização que permite o controlo dos atuadores (válvulas), de modo a ligar e desligar os canais de rega conectados a um reservatório de água, com base na informação monitorizada pelos nós sensores do solo. Assim, o sistema desenvolvido otimiza a quantidade de água aplicada ao cultivo, oferecendo as condições ideais para o correto desenvolvimento dos mesmos. Inicialmente realizou-se um estudo sobre os tipos de sensores utilizados no setor agricultura. Posteriormente verificou-se o funcionamento das RSSF, baseado no protocolo ZigBee, de modo a compreender o envio dos dados dos nós sensores para a estação base. A otimização do consumo energético das RSSF foi outro dos desafios tidos em consideração neste projeto, uma vez que, atualmente, a alimentação dos nós sensores em ambientes exteriores, na sua maioria, é realizada por baterias, o que limita o nível de longevidade do sistema. Desta forma, foi necessário desenvolver um sistema que possibilite a captação da energia gerada pelo meio envolvente (ex. energia hídrica, e solar), capaz de prolongar a longevidade dos nós sensores a nível energético. O sistema desenvolvido contém uma estação meteorológica alimentada por um painel solar fotovoltaico, dois nós sensores de monitorização dos parâmetros do solo, também alimentados por painéis solares fotovoltaicos, um nó atuador alimentado por um gerador hídrico e uma aplicação web para a visualização dos dados em tempo real. O protótipo referido foi instalado em ambiente exterior, com características semelhantes às de interesse, de modo a ter em consideração os efeitos do ambiente no sistema, nomeadamente, a proteção do equipamento em situações de ocorrência de intempéries.

Avaliação de robustez, desempenho e aplicação do controlador adaptativo por posicionamento de pólos e estrutura variável

In this work, the variable structure adaptive pole placement controller (VS-APPC) robustness and performance are evaluated and this algorithm is applied in a motor control system. The controller robustness evaluation will be done through simulations, where will be introduced in the system the following adversities: time delay, actuator response boundeds, disturbances, parametric variation and unmodeled dynamics. The VS-APPC will be compared with PI control, pole placement control (PPC) and adaptive pole placement controller (APPC). The VS-APPC will be simulated to track a step and a sine reference. It will be applied in a three-phase induction motor control system to track a sine signal in the stator reference frame. Simulation and experimental results will prove the efficiency and robustness of this control strategy

Algoritmos genéricos para otimização de uma arquitetura de controle inteligente híerárquico

A hierarchical fuzzy control scheme is applied to improve vibration suppression by using an electro-mechanical system based on the lever principle. The hierarchical intelligent controller consists of a hierarchical fuzzy supervisor, one fuzzy controller and one robust controller. The supervisor combines controllers output signal to generate the control signal that will be applied on the plant. The objective is to improve the performance of the electromechanical system, considering that the supervisor could take advantage of the different techniques based controllers. The robust controller design is based on a linear mathematical model. Genetic algorithms are used on the fuzzy controller and the supervisor tuning, which are based on non-linear mathematical model. In order to attest the efficiency of the hierarchical fuzzy control scheme, digital simulations were employed. Some comparisons involving the optimized hierarchical controller and the non-optimized hierarchical controller will be made to prove the efficiency of the genetic algorithms and the advantages of its use

Controle por modos deslizantes com compensação difusa aplicado a sistemas com descontinuidade

The development of non-linear controllers gained space in the theoretical ambit and of practical applications on the moment that the arising of digital computers enabled the implementation of these methodologies. In comparison with the linear controllers more utilized, the non -linear controllers present the advantage of not requiring the linearity of the system to determine the parameters of control, which permits a more efficient control especially when the system presents a high level of non-linearity. Another additional advantage is the reduction of costs, since to obtain the efficient control through linear controllers it is necessary the utilization of sensors and more refined actuators than when it is utilized a non-linear controller. Among the non-linear theories of control, the method of control by gliding ways is detached for being a method that presents more robustness, before uncertainties. It is already confirmed that the adoption of compensation on the region of residual error permits to improve better the performance of these controllers. So, in this work it is described the development of a non-linear controller that looks for an association of strategy of control by gliding ways, with the fuzzy compensation technique. Through the implementation of some strategies of fuzzy compensation, it was searched the one which provided the biggest efficiency before a system with high level of nonlinearities and uncertainties. The electrohydraulic actuator was utilized as an example of research, and the results appoint to two configurations of compensation that permit a bigger reduction of the residual error

A simple interferometric method to measure the calibration factor and displacement amplification in piezoelectric flextensional actuators

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Detecção de falhas em estruturas inteligentes usando otimização por nuvem de partículas: fundamentos e estudo de casos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Detecção robusta de falhas através de filtros H ‘infinito': implementação prática em um helicóptero 3-DOF de bancada e em um servosistema

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Comportamento dinâmico não linear e controle de sistemas eletromecânicos em macro e micro escalas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Interferometria óptica aplicada à medição de amplitudes de vibração nanométricas em piezoatuadores flextensionais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da resistência de união de diferentes sistemas adesivos à dentina bovina: influência de agentes dessensibilizantes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)