O foco principal deste trabalho é propor novas abordagens para o controle em rede de sistemas não lineares descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno (T–S), e levar em conta restrições típicas impostas pela rede, tais como retardo no tempo e limitação da largura de banda. A metodologia adotada para obter condições menos conservadoras segue o padrão dos trabalhos disponíveis na literatura, isto é, faz-se uma escolha apropriada de um Funcional de Lyapunov-Krasovskii (FLK) e aplicam-se desigualdades integrais (ou somatórias) nos termos que surgem na derivada (oudiferença) do FLK. A partir da escolha apropriada do FLK, com termos que explicitam a presença do retardo (incerto) induzido pela rede, associada com o uso de novas desigualdades integrais (ou somatórias) para relaxar as parcelas relativas ao retardo no tempo, obtêm-se novas condições de análise e síntese de controladores. A metodologia proposta é avaliada tanto no contexto de sistemas a tempo contínuo quanto a tempo discreto. Para tratar possíveis limitações na capacidade de transmissão de dados ao longo da rede, faz-se uso de um esquema de acionamento por eventos que decide quando novos dados devem ser enviados para a atualização do controle. Um conjunto de experimentos numéricos são apresentados para ilustrarem as possíveis vantagens(e desvantagens) dos métodos propostos.
Nesta dissertação, é proposta uma nova abordagem de aproximação adaptativa baseada na técnica de backstepping para o controle do ângulo de arfagem (modo de operação SISO) de um sistema eletromecânico conhecido como Twin-Rotor MIMO System - TRMS. Aproximadores universais na lei de controla são usados para estimar a parte desconhecida da dinâmica, usando modelos nebulosos Takagi-SUgeno (TS). De modo a se reduzir a complexidade no projeto do controlador por backstepping, filtro de comando são utilizados para evitar o cálculo explícito das derivadas temporais das ações de controle virtuais. Uma modificação de zona morta, desligando a lei de adaptação na região em que não se pode garantir a convergência da função de Lyapunov, é utilizada de modo a evitar o problema de deriva dos parâmetros. É apresentado o projeto e análise do controle por backstepping utilizando a abordagem de aproximação adaptativa aplicado ao sistema de rotor duplo, considernado que nem todos os estados são medidos. A eficácia do projeto do controlador é investigada por meio de simulações numéricas, enfatizando-se a redução no número de parâmetros a serem estimados.
O interesse em relação às pesquisas sobre veículos aéreos não tripulados (VANTs) vem aumentando de forma significativa nos últimos anos. O quadrotor é um tipo de VANT que possui diversas vantagens e aplicações. O acoplamento dinâmico e o comportamento altamente não linear impõem um caráter desafiador ao controle dessas aeronaves. Neste trabalho, sistemas nebulosos são usados para obter controladores não lineares capazes de resolver problemas de rastreamento de trajetória. Duas abordagens foram desenvolvidas: uma usando sistemas nebulosos como aproximadores universais para projeto de controladores nebulosos adaptativos diretos, em que uma nova proposta usando diferenciador robusto e exato é usada para estimar parâmetro não conhecido da lei de adaptação e algoritmo genético para otimizar os parâmetros encontrados com a sintonia manual; outra usando transformação do produtor tensorial, técnica numérica baseada na decomposição em valores singulares de alta ordem (HOSVD), para encontrar um modelo nebuloso que aproxima o modelo do quadrotor, e, de posse dele, desenvolver um controlador PDC (compensação paralela distribuída) com estabilidade exponencial.
Nesta monografia é apresentado o estudo do acionamento do motor brushless AC aplicado em veículos elétricos (VE), com frenagem regenerativa. A máquina é acionada por inversor, com controle vetorial, que permite o desacoplamento entre torque e fluxo da máquina sincrona de ímãs permanentes (brushless AC ou MSIP), podendo ser controlada de forma análoga a uma máquina de corrente contínua(MCC), com atuação na região de torque constante. Para análise da aplicação, é levantado o modelo longitudinal do veículo, e um veículo de pequeno porte (hatch) é considerado para testes. A aceleração e frenagem do veículo elétrico (VE) acontece de forma convencional por pedais de acelerador e freio, ou de forma automática por set point de velocidade. Os resultados são obtidos através de simulação computacional com MatLab/Simulink para analisar e verificar a sistemática proposta.
Sistemas de controle tem como objetivo regular ou manipular alguma variável, tal como fluxo de energia, informação, dinheiro, entre outras. Muitos controladores são construídos a partir do modelo do sistema ou planta, ou seja, quanto melhor for esse modelo melhor será o desempenho do controlador. A ineficiência de um controlador pode ser causada por modificações no comportamento da planta, que podem ser por perturbações, erros em função de variáveis ignoradas, ou presença de incertezas. Esses tipos de problemas são estudados e solucionados por métodos desenvolvidos na categoria designada Controle Robusto. Deste modo, esse trabalho consiste no desenvolvimento e implementação de um módulo dinâmico com incertezas em sua dinâmica e, posteriormente, propor estratégias de controle robusto para estabilizar o sistema, rejeitar perturbações e seguir referências. Os métodos utilizados são baseados na teoria de desigualdades matriciais lineares LMI (do inglês, Linear Matrix Inequalities), teorias de controle clássico e na utilização do custo garantido da norma H∞. Ao fim do trabalho, o módulo dinâmico incerto e os métodos implementados para controle serão disponibilizados nos laboratórios de controle da Universidade Federal de Ouro preto, para uso nas disciplinas de controle e automação.
Nas últimas décadas a evolução da medicina possibilitou a inúmeras pessoas que sofrem de algum problema cardíaco uma melhor qualidade de vida. Contudo, algumas dessas pessoas necessitam de um monitoramento mais constante de sua atividade cárdica exigindo visitas constantes ao cardiologista ou uso de monitores cardíacos. Este trabalho visa a elaboração de um monitor cardíaco, com o objetivo de armazenar os dados do paciente de maneira constante e, em tempo real, mostrar em um display os batimentos por minuto e detectar arritmias (taquicardia e bradicardia) no sinal de ECG. Além disso, o protótipo possibilita o envio do sinal bluetooth através da rede de um aparelho com tecnologia Android para uma marcação de posição GPS do indivíduo monitorado, objetivando o monitoramento de pacientes e marcação da posição global das arritmias. Para a montagem de tal aparelho é necessária a montagem de um circuito de aquisição e condicionamento do sinal e a utilização de um microcontrolador. O circuito de aquisição foi simulado para a verificação do seu funcionamento, utilizando do Multisim®, para só após ser montado e testado de maneira prática, utilizando de geradores de função e osciloscópio. A partir dos testes, realizados no Laboratório de Eletrônica do Centro Universitário de Patos de Minas (UNIPAM), foi constatado o correto funcionamento do circuito permitindo assim o prosseguimento do trabalho. A parte do processamento é realizada com a utilização do microcontrolador da Texas Instrument, Lauchpad MSP430FR5969, nele estão presentes os códigos que realizam a contagem de batimentos e detecção de arritmias, bem como o controle dos dispositivos periféricos, display, módulo bluetooth e GPS Shield. Após a construção de todo o monitor cardíaco, foi utilizado um simulador de ECG para o teste final e com ele foi constatado o funcionamento correto do aparelho, onde o display apresentava os batimentos por minuto, o computador apresentava a plotagem do sinal em tempo real, e o sinal GPS era coletado e armazenado no cartão SD nos casos de Bradicardia e Taquicardia.
A introdução da Geração Distribuída (GD) no sistema elétrico de potência (SEP) apresenta várias vantagens para o sistema, como a melhoria no perfil de tensão, a redução das perdas elétricas e a melhoria nos índices de estabilidade do sistema. Muitos estudos foram realizados ao longo da última década com o intuito de alocar e dimensionar a GD no sistema elétrico com objetivos distintos, utilizando-se da otimização matemática para encontrar a solução ótima. O presente trabalho tem como objetivo analisar o problema da alocação e dimensionamento da GD em um sistema de distribuição visando à redução das perdas ativas do sistema. Utiliza-se o método de varredura direta/reversa, juntamente com uma técnica de compensação reativa para cálculo do fluxo de potência do sistema, uma vez que as unidades geradoras conectadas ao sistema são modeladas como barras de tensão controlada PV. Como metodologia, utilizam-se os métodos VNS e GRASP para resolução do problema. Um algoritmo híbrido GRASP-VNS também é utilizado na resolução do problema com o intuito de melhorar a performance das meta-heurísticas isoladas. Os GDs também são modelados como barras do tipo PQ para comparar o efeito da compensação de reativos na redução das perdas ativas. São utilizados três sistemas teste de 10, 34 e 70 barras para a verificação da eficácia da metodologia proposta.
Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) podem ser usados em muitas aplicações, como no mapeamento de regiões e na inspeção de linhas de transmissão. Dada a sua importância e aplicabilidade, este trabalho obtém o modelo matemático de um VANT e aplicações de simulações dos modelos não linear e linear, assim como a comparação entre esses. Para isso, utilizou-se o modelo de veículo do tipo quadrotor, que possui quatro hélices que geram as forças de sustentação do veículo. Além disso, apresentam-se as equações aerodinâmicas que modelam o sistema; o modelo de Newton Euler; as aproximações feitas e as validações dos modelos, por meio de simulações. Também foram estudadas as características de controlabilidade e observabilidade do sistema. Por último, foram projetadas três técnicas de controle: alocação de polos, Regulador Linear Quadrático (LQR) e seguimento de referência. Finalmente, apresenta-se a comparação entre elas.Foi constatado através das simulações a eficiência da técnica por seguimento de referência.
A teoria de controle nebuloso teve início em 1965 com Lotfi A. Zadeh, que percebeu que a teoria clássica encontraria dificuldades em lidar com sistemas mais complexos. Desde então essa teoria passou por várias evoluções até os dias atuais. Baseados em conhecimento humano sobre a dinâmica do sistema, os controladores nebulosos possuem diversas aplicações nos diversos ramos da engenharia, sobretudo nos problemas de controle. Devido a larga aplicabilidade não há uma teoria padrão para sistemas nebulosos, então, nesse trabalho são apresentadas duas metodologias, uma baseada em métodos lingüísticos por sistemas Mamdani e outra em métodos adaptativos por aproximação utilizando a técnica backstepping. Em seguida é apresentado um estudo de caso, que é um modelo de um pêndulo invertido, em que aplicam-se os estudos realizados e simulam-se controladores nebulosos baseados nos mesmos. Por fim, é feita a comparação dos resultados obtidos pelos dois controladores e conclui-se o trabalho.
O software desenvolvido nesse texto tem como objetivo tem como principal objetivo o melhoramento do aprendizado dos alunos da área de engenharia, com o enfoque na área de controle e automação. As escolhas dos softwares utilizados foram motivadas por serem gratuitos e autorizados para a implementação acadêmica, além de tornar possível a programação dos modelos de forma eficiente e totalmente independente da simulação disponibilizada pelo software. Foi implementado um modelo clássico na área de controle _ o pêndulo invertido _ utilizando os softwares Unity e Visual Studio, realizando o desenvolvimento em malha aberta e em malha fechada. Para o projeto em malha fechada foram desenvolvidos dois controladores: um que atua sobre a posição do carrinho e um que atua sobre o ângulo da haste do pêndulo. Para esse controle, foram programados algoritmos na linguagem C#. Os controladores foram implementados em cascata a partir de cálculos matemáticos desenvolvidos. O resultado para o projeto de controle pode ser analisado com valores dos parâmetros dos controladores pré-definidos e também com os valores de entradas realizada pelo usuário, para que assim o mesmo possa analisar a influência dos controladores no modelo de acordo com os valores escolhidos. Apesar de ser desenvolvido na área de engenharia elétrica, ele se expande para outras áreas da engenharia, as quais levam em consideração o modelo simulado. O software será utilizado no laboratório de controle e automação da Universidade Federal de Ouro Preto para que possa ser utilizado pelos alunos da instituição para o melhor compreendimento e assimilação do conteúdo estudado em sala das disciplinas que forem passíveis de estudo dos modelos implementados. No desenvolvimento desse programa, a preocupação de realizar de forma mais prática, intuitiva e proveitosa foram levadas em consideração. A ideia é que outros modelos matemáticos sejam anexados ao software futuramente para que possam ser analisados e melhor compreendidos de forma mais prática por discentes de acordo com o interesse de disciplinas da engenharia.
Na automação industrial, há uma busca constante em melhorar os índices de disponibilidade e qualidade da produção assim o setor industrial vem se amparando nos avanços tecnológicos para atingir melhores resultados. Neste trabalho apresenta-se um sistema de monitoramento remoto, cujo objetivo é enviar mensagens SMS para telefones celulares pré-cadastrados quando houver ocorrência de falhas em um conversor de frequência. O envio das mensagens SMS é realizado por um controlador lógico programável através da rede GSM e para estabelecer conexão com a rede GSM faz-se necessária à utilização de um processador de comunicação. Os resultados obtidos ao término do projeto foram satisfatórios e demonstram que através do monitoramento remoto é possível obter uma tomada de decisão mais rápida para eliminar a causa da falha, portanto um melhor índice de disponibilidade da máquina pode ser obtido com este sistema.
O presente trabalho tem como foco o estudo em torno do problema de localização, que é um clássico problema presente na área da robótica. Praticamente todas as pessoas usam ou já usaram uma ferramenta de localização, com isso é aceitável encontrar uma solução cujo objetivo seja melhorar a qualidade desse tipo de ferramenta. Portanto, o objetivo principal aqui é o uso de técnicas de fusão sensorial usando informações de odometria visual obtidas por uma única câmera juntamente com as informações do GPS. Para a captura das informações da odometria visual foi anexado uma câmera em um objeto em movimento e teremos assim uma trajetória tendo como base o fluxo de vídeo obtido por essa câmera. Com o conhecimento de todos os parâmetros intrínsecos obtidos com a calibração da câmera, foi utilizado um algoritmo de odometria visual para estimar essa trajetória. Para a detecção das coordenadas de latitude e longitude do GPS foi utilizado um software gratuito de detecção de trilhas onde o trajeto feito e os dados necessários para o experimento podem ser obtidos por meio do site desse mesmo aplicativo. Por fim para a realização da fusão dessas duas informações, foi escolhido dentre os vários filtros estudados, o filtro de partículas. O mesmo foi implementado no MATLAB com um total de 100 (cem) partículas e os resultados gerados podem ser adquiridos no próprio software. Para que a fusão sensorial tenha um resultado satisfatório, é preciso que as informações adquiridas ao longo do processo sejam as mais precisas possíveis. Pode-se conferir no decorrer do trabalho que apenas a odometria visual obteve resultados com erros que não interferiram tanto no trajeto final. O que não ocorre na obtenção dos dados das coordenadas do GPS. Isso pode ser explicado por diferentes causas. O trajeto feito durante a captura pode ter sido curto diante do erro que o GPS detecta. Esse erro também pode ser diminuído aumentando a velocidade do veículo usado para a captura das informações ou simplesmente usando um GPS diferencial, diferente do comum usado nesse trabalho. Após observar os resultados espera-se que futuramente consiga-se tratar esse erro do GPS para que assim, a fusão tenha resultados mais satisfatórios. Esse objetivo se torna muito próximo, pois como dito antes, o resultado final da odometria visual foi muito bom. Com isso pode-se focar mais na melhoria dos dados do GPS.
A identificação de sistemas é utilizada para obtenção de modelos matemáticos que descrevem a dinâmica do processo, em que as entradas e saídas são conhecidas e são provenientes de ensaios experimentais. Usualmente, utiliza-se a identificação quando não se tem conhecimento das leis físicas que regem o sistema ou o processo de obter essas equações físicas é complexo. Grande parte dos sistemas reais são não lineares, sendo que diversas classes de modelos para representar tais sistemas podem ser encontradas na literatura. Uma classe que apresenta propriedades interessantes para descrever sistemas não lineares com memória é o modelo de Volterra, objeto de estudo deste trabalho. Os modelos de Volterra são parametrizados por funções multidimensionais, os kernels. A principal desvantagem na utilização das séries de Volterra é a quantidade de parâmetros necessários para descrever o sistema. Tal desvantagem agrava-se ainda mais quando os sistemas a serem identificados possuem dinâmica lenta ou alta não linearidade. Visando minimizar esse obstáculo são utilizadas as funções de base ortonormal (FBO) para obter os kernels de Volterra. As FBO permitem empregar o conhecimento a priori do sistema na construção das bases, com isso a quantidade de parâmetros necessários para descrever o sistema pode ser reduzida. As principais bases utilizadas são as de Laguerre e Kautz. As funções de Laguerre utilizam pólos reais na construção das bases, portanto são empregadas, especialmente, para descrever sistemas com dinâmicas amortecidas. As funções de Kautz melhor representam sistemas com dinâmicas subamortecidas, pois na construção das bases são utilizados polos complexos. A escolha adequada dos polos que parametrizam essas bases é um passo importante no processo de identificação, sendo assim é utilizado a estratégia de otimização Simulated Annealing, que visa minimizar uma função de custo e obter uma solução ótima ao final do processo. É apresentada a identificação de sistemas com kernels de segunda ordem simulados, utilizando-se o modelo de Volterra parametrizados por funções de Laguerre e Kautz. Apresentam-se análises comparativas que permitem avaliar como se comportam as saídas dos sistemas quando variam-se os polos e o número de funções utilizados na construção da base. Em seguida, realiza-se a identificação de um sistema real de um pequeno aquecedor elétrico com dissipação variável, em que os polos e a estrutura do sistema são desconhecidas. Utilizou-se o Simulated Annealing para obtenção dos melhores polos que representam o sistema. Os modelos obtidos são descritos por kernels simétricos e assimétricos de primeira, segunda e terceira ordem em associação a fim de definir a melhor estrutura para o sistema.
A área de Sistemas de Controle tem fundamental importância nas indústrias, pois com a sua aplicação é possível aumentar a produtividade, rentabilidade e otimizar processos industriais. Na maioria dos processos existem variáveis críticas a serem controladas, como a temperatura, o nível, a pressão e a vazão. O controle de tais variáveis é de grande importância no funcionamento dos processos. Sendo assim, neste trabalho é desenvolvido um sistema monotanque com área variável, a fim de controlar o nível de líquido. Para isso, construiu-se uma planta composta por um tanque em formato cônico e um tanque reservatório. Tal tipo de processo é muito comum nas indústrias petroquímicas, alimentícias e muitas outras. O modelo matemático do tanque é obtido por meio das equações físicas do processo e validado experimentalmente. O objetivo é controlar o nível de líquido no tanque utilizando-se uma técnica linear, controle PI (Proporcional Integral) projetado pelo método de Síntese Direta e, também, uma técnica não linear, controle por LER (Linearização Exata por Realimentação). O controle PI é implementado no tempo contínuo e no tempo discreto. Ambos apresentam bom desempenho, eliminando o erro em regime permanente. No entanto, seu desempenho é bastante prejudicado quando o processo opera fora do ponto de operação no qual foi feito o projeto. Para o controlador por LER, não existe este problema, o controle é feito em toda a faixa de operação do tanque. Porém, foi necessário adicionar um controlador PI em sua lei de controle para eliminar o erro em regime permanente. Foi possível constatar que a técnica da LER, em conjunto com uma técnica linear, pode apresentar excelentes resultados para o controle de nível em sistemas não lineares.
Este trabalho tem como foco a identificação de sistemas não lineares usando as séries de Volterra em conjunto com as Funções de Base Ortonormal (FBO) para representação dos modelos. Os modelos de Volterra são parametrizados por funções multidimensionais, os kernels. Tais modelos não possuem realimentação na saída, o que é uma grande vantagem, uma vez que outros tipos de representação realimentam o erro de saída do sistema. O problema de não haver realimentação do sinal de saída é que a quantidade de parâmetros a serem estimados costuma ser grande. Para contornar essa situação, descreve-se cada kernel por meio de uma expansão em FBO. O modelo resultante é conhecido como FBO-Volterra. O objetivo é determinar os polos que parametrizam as FBO, de modo a reduzir o número de termos a utilizar em cada base. Para tanto, são expostos métodos de otimização meta-heurísticos responsáveis pela seleção adequada desses polos e subsequente determinação dos parâmetros do modelo. São utilizados os conhecidos algoritmos meta-heurísticos Simulated Annealing, Algoritmo Genético (mono e multiobjetivo) e Otimização por enxame de Partículas (PSO) na identificação de um sistema de aquecimento com dissipação variável. Um estudo comparativo do desempenho das diferentes técnicas meta-heurísticas aplicadas ao problema de identificação de sistemas é realizado, em que é possível constatar o melhor desempenho do algoritmo genético multiojetivo para o problema proposto.
Mesmo com as novas metodologias de controle, o controlador PID ainda é o controlador mais empregado nas indústrias devido ao seu desempenho. Portanto, a sintonia de controladores PID ainda é muito utilizada nos meios industriais e novas técnicas têm sido desenvolvidas para a sintonia do controlador. Portanto, este trabalho tem como objetivo a sintonia de controladores robustos (compensadores capazes de estabilizar sistemas sujeitos a incertezas) por meio de desigualdades matriciais lineares (LMIs, do inglês Linear Matrix Inequalities) e métodos de otimização conhecidos como meta-heurísticas (Simulated Annealing e Particle Swarm Optimization). As LMIs terão como principal alvo, a análise de estabilidade do sistema e a quantificação do custo de determinada planta utilizando-se a norma H1. Para a primeira parte deste projeto, um sistema mecânico é utilizado como sistema teste. Na parte final, um módulo didático, que simula um sistema sujeito a incertezas, é modelado de modo que as incertezas sejam descritas por uma representação politópica e LMIs e técnicas de otimização sejam aplicadas para a sintonia do controlador robusto.
Este trabalho visa a aplicação de técnicas de controle robusto via LMIs aplicados em um módulo didático que foi desenvolvido nos laboratórios da UFOP para ser utilizado em disciplinas que envolvam modelagem e controle de sistemas dinâmicos. A planta desenvolvida apresenta parâmetros incertos, exigindo que os controladores projetados sejam capazes de garantir a estabilidade, mesmo com as incertezas presentes. São abordados três métodos para a síntese de controladores digitais: (1) Compensador Estático por Realimentação de Estados (Kx), (2) Compensador H1 (3) Compensador H2. Com intuito de aliar teoria e prática são apresentados resultados simulados em software Matlab e os resultados obtidos com experimentos práticos.
Teoria de controle é utilizada na escolha de um controlador que satisfaça o desempenho dinâmico desejado. Normalmente, isto é realizado aplicando uma lei de controle contínua estática ou uma realimentação dinâmica. Existem diversas aplicações na engenharia em que não é possível utilizar leis de controle contínuas, como controle automático de voos, navios ou submarinos, sistemas espaciais e diversos circuitos de eletrônica de potência, como conversores e inversores, que utilizam, muitas vezes, a técnica de sistemas de controle de estrutura variável e modos deslizantes. Essa estratégia introduz descontinuidades nas equações do sistema, de forma que um modo deslizante aconteça na dinâmica. Ou seja, utiliza-se uma lei de controle com chaveamento em alta frequência que force a trajetória do sistema a permanecer em uma determinada superfície. Essa monografia apresenta uma análise de existência e estabilidade de sistemas de controle de estrutura variável e modos deslizantes e apresenta diferentes técnicas para o projeto deste controlador, como Controle de Unidade e Modos Deslizantes de Ordem Superior. Além disso, apresenta a aplicação das técnicas de controle equivalente e controle Super-Twisting em três sistemas: Pêndulo Invertido Linear, Suspensão Ativa e Conversor Buck. Os resultados das aplicações são apresentados de maneira que seja possível analisar o funcionamento das técnicas de controle.
Neste trabalho, o controle de um sistema de rastreamento solar com dois graus de liberdade é apresentado. A sua performance é avaliada por meio de simulações computacionais, implementadas no ambiente de desenvolvimento do software de computação algébrica MATLAB® R2016a, da MathWorks®. Devido aos processos de degradação por exposição ao ambiente, à ação do atrito viscoso e às alterações na carga sobre os mecanismos de posicionamento de painéis coletores de energia solar, sistemas de rastreamento podem ser facilmente afetados por variações na dinâmica de operação. Nesse sentido, considera-se a aplicação de um controlador adaptativo, de modo a manter o sistema orientado de forma perpendicular ao sol, independente da ocorrência de variações. A técnica de controle adaptativo utilizada é pela abordagem indireta de um regulador autoajustável (STR), com esquema de adaptação pelo método da alocação de polos. Os resultados mostram que o controle adaptativo é uma solução viável a ser considerada no problema de rastreamento solar, pois, na variação da dinâmica dos mecanismos de posicionamento, o sistema em malha fechada converge para o regime de operação desejado.
A estimação de estados está presente em múltiplas áreas do conhecimento e em diversos problemas. O presente trabalho apresenta a estimação de estados para sistemas incertos utilizando duas abordagens: desigualdades matriciais lineares (LMIs, do inglês Linear Matrix Inequalities) e via filtro de partículas. Neste texto, são apresentados o embasamento teórico de ambas abordagens e os resultados encontrados. Os métodos foram aplicados em duas plantas existentes no Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas (ICEA) da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) tendo como finalidade comparar a eficácia de ambos. A primeira planta consiste em um módulo didático que trata de sistemas robustos incertos que tem por finalidade ser utilizado em disciplinas que envolvam modelagem e controle de sistemas dinâmicos; e a segunda, uma câmara termoeletricamente controlada.
Este trabalho apresenta um estudo sobre sistemas supervisórios e táticas de controle para introduzir e testar alguns dos métodos de detecção e identificação de ataques a sistemas ciber-físicos (CPS, do inglês Cyber-Physical Systems). Ao longo da obra, são discutidas algumas técnicas e ferramentas utilizadas em infra-estruturas críticas, desenvolvidas por engenheiros de controle e profissionais da Tecnologia de Informação e Comunicação (TIC). Há também um estudo sobre a tecnologia Foundation Fieldbus cujo propósito é sustentar as hipóteses propostas e testar os cenários de ataque. Por fim, a função deste trabalho é apresentar algumas referências necessárias para entender o que é um ataque a um CPS e como protegê-los, já que a cada dia mais dispositivos inteligentes se interconectam nas indústrias devido a integração da Internet of Things (IoT) na indústria 4.0.
O trabalho apresenta a implantação de um sistema de controle de temperatura da água utilizando trocador de calor, alimentando por uma bomba de água, aplicado em uma planta industrial. O grande desafio encontrado foi a obtenção do modelo matemático do sistema, além dos testes para a identificação dos parâmetros do modelo no ambiente industrial, uma vez que o sistema não atinge o regime permanente quando recebe um degrau em malha aberta, devido a perturbações. Sendo assim, foram utilizados sinais pseudo-aleatórios como entrada do sistema, em malha aberta, para identificar os parâmetros do modelo utilizando o Método dos Mínimos Quadrados. Em seguida, por meio de métodos de sintonia de controladores, são calculados os ganhos proporcional, integral e derivativo para implementar um controlador PID em malha fechada, de modo que o sistema mantenha o valor de temperatura desejado.
Este trabalho tem por finalidade apresentar e aplicar uma rotina para auditoria em malhas de controle baseada em índices de desempenho de instrumentos. São descritos detalhes a respeito de alguns sensores de nível e temperatura, válvulas de controle e características de ação de controladores. Para a análise do desempenho dos sensores são observadas características estáticas, sendo verificadas a exatidão, a precisão, a zona morta, o range e o span. Para a análise das válvulas, devem ser feitos testes que permitam verificar a presença de agarramento, o que é um fator de falha predominante e que ocasiona baixo nível de desempenho do sistema. Para os controladores, é aplicado o índice de Harris, que relaciona a variância mínima teórica de um processo com sua variância real, e também observa-se a média de saída do sistema, uma vez que uma média em torno do ponto desejado indica boas condições de operação. Após a descrição dos índices, uma rotina de auditoria é proposta, cuja aplicação tem o objetivo de verificar e corrigir possíveis falhas do sistema. A rotina proposta é aplicada a um sistema real de controle de nível e temperatura, para o qual também foi feita a identificação da equação a diferenças que o caracteriza, além do projeto de um controlador do tipo PID para o sistema de nível.
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de vazão, que é usado para ajustar o nível de líquido em um tanque de uma planta didática. Em um primeiro momento faz-se uma revisão de conceitos de instrumentação e de controle que são essenciais para o desenvolvimento do projeto. Em seguida a planta é apresentada, com destaque para os instrumentos e recursos utilizados. São realizados ensaios estáticos e dinâmicos para obtenção de um modelo, que é utilizado para projetar as estratégias de controle. O Matlab foi utilizado para sintonizar e implementar o controlador, através das ferramentas sisotool e opctool, respectivamente. Foram usados duas estratégias de controle, o controlador de dois graus de liberdade associado com cascada e o controlador inferencial. Obteve-se bons resultados nos dois controladores, embora o primeiro tenha tido menor constante de tempo e menor erro em regime permanente.
Ao longo dos anos, houve um grande aumento de competitividade na indústria de energia elétrica em escala mundial. Para decidir estratégias de licitação e estabelecer contratos bilaterais, a fim de aumentar os lucros e minimizar os riscos, a previsão de preço de energia no mercadodesregulado é imprescindível. Fatores como energia armazenada nos reservatórios, quantidade de geração hidrelétrica e termelétrica e a carga do sistema impactam o preço da energia no Brasil. Desse modo, o conhecimento da dinâmica desses fatores pode auxiliar na previsão do preço. Uma das ferramentas utilizadas na análise da séries temporais desses elementos e na análise temporal do preço de liquidação das diferenças são as Redes Neurais Artificiais. Este trabalho utiliza Redes Neurais Artificiais baseadas em modelos Autorregressivos não lineares com o objetivo de prever o preço de energia elétrica três passos (ou semanas) à frente. Duas abordagens são analisadas. A primeira verifica a previsão do preço da energia elétrica realizando, primeiramente, a previsão dos fatores principais que afetam o seu valor, enquanto a segunda verifica a eficiência da previsão da série temporal do preço. Os resultados das duas abordagens foram semelhantes.
Com o desenvolvimento tecnológico cada vez a passos mais largos, o controle se torna a cada dia mais e mais importante para a ciência e engenharia. Nessa área as indústrias vêm utilizando de forma crescente o controle automático para controlar variáveis como temperatura, umidade, pressão, entre outras. Esses sistemas têm motivado o estudo da teoria de controle aplicada. Sabe-se que a sintonia de controladores é uma das áreas mais relevantes quando falamos na teoria de controle. Controladores vem sendo utilizados por décadas, para vários fins, em vários ramos industriais. Mesmo com todo esse tempo de utilização e se agregando a mesma quantidade de tempo em estudos e pesquisas, ainda existem controladores funcionando no mercado de forma insatisfatória. Esse contexto traz desafios de análises e novas tecnologias que podem solucionar essa questão. Neste trabalho, são apresentadas as teorias por trás dos controladores (no domínio do tempo e na frequência), incertezas e robustez de controladores e métodos de otimização, abrangendo principalmente os controladores PID e controladores por realimentação de estados, ambos robustos. Bem como as meta-heurísticas e a programação semidefinidas. O problema da sintonia de controladores é adaptado de forma que as duas abordagens de otimização possam ser capazes de resolvê-lo e, com isso, os parâmetros de sintonia juntamente com o erro final associado foram obtidos. Análises e comparações entre as abordagens puderam ser então realizadas.
Este trabalho visa realizar um estudo detalhado dos componentes, descrevendo o desenvolvimento, instrumentação e controle de um sistema “Ball and Beam”. Dando maior ênfase a estrutura criada pelo autor e os problemas encontrados na criação dessa estrutura, assim como os métodos de controle por síntese direta e por lugar geométrico das raízes. Viu-se a necessidade de empregar a estratégia de controle em cascata e ao analisar essa estratégia, mostrou-se ineficaz pelos materiais utilizados e pelo fato do sistema não ser estável em malha aberta, impossibilitando a realização do controle por síntese direta e por isso, conclui-se o controlador PI do ângulo do suporte sem a cascata, pelo método do lugar das raízes. O suporte é similar a uma “calha”, que possibilita a mobilidade interna da bola de metal, cuja finalidade é o controle da posição dessa bola, caracterizando o sistema “Ball and Beam”.
Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) podem ser usados em muitas aplicações, como no mapeamento de regiões, na inspeção de linhas de transmissão e até no combate ao narcotráfico. Dada a sua importância e aplicabilidade, este trabalho propõe a utilização de técnicas de controle adaptativo aplicado a um VANT. Para isso, utiliza-se o modelo de um veículo do tipo quadrotor, que possui quatro hélices que geram as forças de sustentação do veículo. Portanto, é necessário um estudo sistemático da dinâmica de momentos e forças. Posteriormente, uma breve introdução sobre o surgimento do controle adaptativo, suas contribuições e classificações. Utiliza-se uma lei de controle adaptativa direta baseada em modelo de referência. Modela-se, então os controladores para as velocidades angulares e linear. Por fim são mostradas as simulações e os respectivos resultados.
O uso de técnicas de controle preditivo na resolução de problemas de controle de grande complexidade tem crescido significadamente na última década. Isso se deve ao fato dessas abordagens apresentarem sucesso quando utilizadas em uma gama de aplicações, demostrando sua robustez e eficiência. Quando comparado com técnica de controle clássico PID (proporcional integral derivativo), o seu uso é relativamente pequeno, mesmo que melhores resultados sejam obtidos. Diante disso, este trabalho visa estudar o desempenho de técnicas de controle clássico, moderno e preditivo. Mais especificamente, optou-se por utilizar o controlador PI clássico, o controlador por realimentação de estados e o controlador por MPC explícito para controle de tensão na saída de um conversor abaixador de tensão de topologia Buck e, então, avaliar se o controle foi efetivo ou não, comparando o sobressinal máximo, erro estacionário e tempo de acomodação. Inicialmente, em ambiente de simulação, o conversor foi projetado e os controladores apresentaram desempenho satisfatório. Por fim, os controladores foram implementados em um microcontrolador, a saber Arduíno Uno, com o objetivo de controlar a tensão de saída em um conversor implementado em prática.
Este é um projeto de implementação de um robô seguidor de linha que faz uso de aprendizado por reforço, realizando o aprendizado para o controle da sua velocidade para completar o percurso do circuito. O robô utiliza sensores TCR5000 que realizam a leitura do ambiente, um microcontrolador Atmega328P integrado a uma placa Arduino modelo Nano que recebe os valores de leitura dos sensores, realiza os cálculos necessários e envia sinais PWM para a ponte H, aqui a utilizada é L293D, que recebe esses sinais realiza seus cálculos lógicos e envia sinais aos motores, que irão locomover o robô de acordo com os sinais recebidos. Este projeto utiliza uma implementação do Q-Lerning que é um dos algoritmos de aprendizado por reforço.
Inúmeras estratégias de controle são estudadas baseadas na tentativa de qualificar o desempenho de um sistema em questão. Algumas abordagens menos convencionais apresentam efetividades em relação a outras técnicas normalmente trabalhadas na literatura. O Controle Preditivo é uma técnica avançada sugerida a sistemas não lineares, com atraso e multivariáveis. Operando de maneira online ou offline (Explícita), um controlador preditivo baseia-se em aspectos físicos da planta, para definir uma função de desempenho baseado em restrições. Essa função, aliada a um grau de liberdade definido como Horizonte de Predição, permite ao controlador definir regiões de controle adequadas a qualquer situação ou perturbação presente na planta. Essa monografia apresenta um estudo sobre as técnicas de controle preditivo clássico e explícito,além de discutir a aplicação sobre um conversor CC-CC Buck-Boost e testar seu desempenho diante de um problema de controle de temperatura.
Uma mão biônica é um dispositivo robótico que possui a capacidade de imitar os movimentos e características de uma mão humana. O seu uso pode variar de aplicações em teleoperação, próteses, construção de robôs humanoides, dentre outras. Este trabalho apresenta uma mão biônica controlada por uma luva de sensores que possa ser usada em teleoperação. O objetivo é utilizar materiais encontrados no mercado nacional a fim de reduzir o custo de fabricação. Para isso foi feita uma revisão na literatura a fim de analisar como poderia ser implementada. A mão biônica foi construída por meio de impressão 3D em PLA. A escolha deste método foi dada por de manufatura barata e rápida. Os testes realizados com um voluntário contrastaram que a mão biônica se comporta de maneira estável e que é possível ser construída.
O presente trabalho conta a história dos sistemas de controle, desde a primeira revolução, chegando ao presente, em que é evidenciada a importância e aplicação dos sistemas supervisórios. Para demonstrar sua aplicabilidade, um sistema de controle de nível é desenvolvido por completo, mostrando os passos necessários para estimar o modelo matemático do sistema, projetar um controlador Proporcional-Integral e desenvolver um sistema supervisório de aquisição de dados.
Manipuladores robóticos são essencialmente braços mecânicos atuando por controle computadorizado e, normalmente, são utilizados na indústria para a realização de tarefas de manipulação como o movimento de peças e materiais por meio de movimentos pré- programados. Além disso, manipuladores são ótimos instrumentos para o ensino de diversos conceitos de robótica, como os de espaços de trabalho e configurações, modelagem de sistemas eletromecânicos, técnicas de planejamento de movimento e técnicas de controle de sistemas não lineares. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo, a construção de um manipulador robótico de baixo custo com 3 juntas revolutas e, posteriormente, o desenvolvimento de uma lei de controle de juntas independentes, em que combinou-se a técnica de controle em cascata com a PID. A fim de comparações, aplicou-se também o controle on-off. Os resultados se mostraram pertinentes, embora o emprego do controle on-off mostrou-se mais adequado que o controle em cascata, quando aplicados no manipulador construído.
Este trabalho tem a finalidade de mostrar que o hardware Raspberry Pi é uma alternativa de baixo custo para a automação de pequenos sistemas elétricos, podendo até substituir os controladores lógicos programáveis, que juntamente com os sistemas supervisórios, são amplamente utilizados nas indústrias para armazenar dados e atuar sobre os processos de produção. Para provar a utilidade do Raspberry Pi, foi desenvolvido um sistema em pequena escala que realiza medição e cálculo de grandezas elétricas. Para o sistema desenvolvido, foi criado um supervisório capaz de fornecer ao usuário informações das grandezas elétricas envolvidas no processo de medição e cálculo. Nesta monografia, são descritos detalhes a respeito desse sistema, da plataforma de automação Codesys, do Raspberry Pi, do Arduino e das linguagens de programação aplicadas. A utilização do Raspberry Pi em grandes processos, com o objetivo de se alcançar níveis de controle e monitoramento maiores, é analisada para fins de aplicação em trabalhos futuros.
Este trabalho apresenta a construção de um sistema automatizado de estufa para a produção de culturas. A estufa desenvolvida neste projeto realiza o monitoramento de variáveis que interferem na produção de uma determinada cultura. A correção das variáveis é dada por meio de um sistema automatizado microcontrolado que atua nos parâmetros internos da estufa. O controle dos parâmetros, como temperatura e luminosidade, são influenciados por parâmetros externos, enquanto que o parâmetro ligado à umidade do solo é controlado e regulado pelo motor e a válvula de irrigação. Todo o sistema tem como objetivo controlar o microclima interno à estufa para que a plantação possa sobreviver e se desenvolver sem a interação humana. No desenvolvimento do projeto, é utilizado o microcontrolador Arduino para monitorar os sinais provenientes dos sensores de temperatura, umidade do solo e de luminosidade, além de ser o responsável por controlar o microclima da estufa.
Atualmente o controle automático tem sido de grande importância para o processo de produção industrial, como: no controle de temperatura, pressão, umidade, vazão, dentre outros. Dessa forma, estudos de problemas relacionadas à teoria de controle têm sido indispensáveis. Uma das ferramentas matemáticas muito utilizadas na teoria de controle são as desigualdades matriciais lineares, do inglês LMI. Uma das serventias em se utilizar LMI é que elas conseguem resolver problemas que envolvem muitas variáveis matriciais e possuem um método flexível para resolver problemas relacionados à área de controle. Com isso, o objetivo do presente trabalho é realizar a filtragem dinâmica via LMI de um sistema térmico disponível no Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas (ICEA) da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP). A fim de validar as técnicas de filtragem via LMIs, é realizada também a filtragem dinâmica a partir do projeto de filtro de Kalman. Primeiramente, são desenvolvidas técnicas de filtragem para a aplicação no sistema térmico e, em seguida, tais técnicas são simuladas por meio do software MATLAB. Na parte final, realiza-se a implementação das estratégias de filtragem em um microcontrolador e, em seguida, a aplicação das técnicas no sistema térmico. Apresenta-se também uma análise comparativa e validação dos resultados obtidos.
Este projeto tem como objetivo utilizar duas estratégias para controlar uma planta de nível. Uma das estratégias utilizada é a implementação de um controlador por um método clássico. A outra estratégia é utilizar controle adaptativo baseado em aproximação em que são utilizados sistemas nebulosos como aproximadores universais para modelagem de um sistema que contém dinâmica desconhecida. Depois dos dois controladores implementados, comparar as duas estratégias, definindo os prós e contras de cada metodologia para o problema apresentado.
Módulos Peltier são dispositivos eletrônicos de estado sólido no formato de placas que têm como princípio de funcionamento o efeito Peltier: a partir da aplicação de uma determinada diferença de potencial, resfriam um lado da placa e aquecem outro. Este sistema, acionado por corrente contínua e sem partes móveis, já tem aplicação comercial na área de refrigeração e vem sendo uma das tecnologias mais promissoras para substituição dos refrigeradores convencionais e pouco sustentáveis dominantes no mercado. Uma das principais vantagens é o fato de que as células podem ser usadas tanto para aquecimento quanto para resfriamento; isto permite um controle fino de temperatura com ponto de operação variável para aplicações específicas, como uma câmara térmica. Entretanto, por causa do seu princípio de funcionamento, os módulos estão susceptíveis à ação do efeito Joule, de dissipação de energia elétrica em forma de calor, criando uma não-linearidade na atuação das células. Esta característica faz com que as funções de resfriamento e aquecimento da câmara tenham comportamentos diferentes, além de diminuir sua eficiência energética. No presente trabalho, foi construído um protótipo de câmara térmica de baixo custo com sistema auxiliar de resfriamento para os módulos Peltier, a fim de estudar uma melhora na eficiência do sistema. Em seguida, foi aplicada uma estratégia de controle adaptativo de forma a obter um único controlador capaz de garantir um controle fino de temperatura, tanto na função de aquecimento quanto resfriamento.
Este projeto tem como objetivo mostrar o passo a passo, bem como os materiais utilizados no desenvolvimento de uma estrutura (rastreador), que tem o propósito de aumentar a quantidade de energia solar, convertida em energia elétrica, por meio de uma placa fotovoltaica. A metodologia de rastreio, baseia se no uso de resistores dependentes de luz (LDRs). As estruturas criadas e os esquemáticos das placas de circuito impresso desenvolvidos neste projeto, são apresentados e explicados no texto. Os resultados da quantidade de energia convertida com o rastreador versus quantidade de energia convertida com a placa fixa são apresentados e discutidos no final do texto.
Desde o século XVIII, a biomecânica da mão humana vem sendo estudada para ser aplicada como um modelo para dispositivos mecânicos. Com a sofisticação desses dispositivos, impulsionada pelos avanços na robótica e a miniaturização de atuadores e sistemas eletrônicos, tornou-se possível desenvolver mãos automatizadas para servir de prótese em seres humanos ou ainda substituir a mão humana em qualquer situação. Nos dias de hoje, há melhorias na geração de próteses de mão por meio do uso crescente da tecnologia. Assim, é cada vez mais comum o desenvolvimento de dispositivos ativos que muitas vezes são controlados por sinais mioelétricos ou eletroencefalográficos. O desenvolvimento de próteses ativas é um trabalho multidisciplinar e faz uso de diversas áreas, como a biomecânica, a engenharia biomédica, o processamento de sinais, a robótica e a engenharia de controle. Dessa forma, este trabalho visa estudar topologias comumente utilizadas em próteses de mão (mãos robóticas), bem como a modelagem do sistema eletromecânico (utilizando uma abordagem de Euler-Lagrange para encontrar um modelo na forma canônica da dinâmica de um manipulador) e a proposição de leis de controle (a saber, PI, PD e dinâmica inversa) para o modelo encontrado. A partir do modelo obtido para representar os movimentos dos dedos e, após simular todas as proposições de leis de controle, obteve-se o mais eficiente com base nos resultados esperados para o sistema. Em malha aberta, o sistema é irrefreável, sendo necessária a aplicação de um atrito para estabilizá-lo. Com o controle PI foi possível realizar o controle em malha fechada com erro reduzido, porém tem-se que o movimento de cada falange link, elo e/ou junta influencia no movimento da outra. Por meio da lei de controle PD, foi possível realizar o controle multivariável a fim de obter a independência dos links, garantindo maior estabilidade ao sistema. Outra estratégia abordada foi a modelagem em malha fechada por meio da dinâmica inversa que busca uma lei de controle realimentada não linear para a obtenção do torque de cada link. Esse modelo, além de garantir a independência dos links, garantiu uma resposta mais rápida do sistema. Em suma, o modelo da dinâmica obtido para o manipulador robótico representa os movimentos de flexão e extensão dos dedos das mãos em que, após o estudo das teorias de leis de controle, foi possível garantir a estabilidade dos dedos em torno do ponto de operação garantida pela teoria de Lyapunov e pelas equações de Euler-Lagrange. Além disso, este projeto buscou implementar a simulação do comportamento dinâmico de uma garra (união polegar/indicador) em um ambiente gráfico Unity a fim de permitir visualizar o comportamento da melhor lei de controle projetada. Para isso, implementou-se a modelagem e a lei de controle mais eficiente (dinâmica inversa), em que para movimentar o protótipo, o usuário aplica torque positivo ou negativo em cada link, simplesmente ao pressionar as suas teclas específicas.
Fontes chaveadas são dispositivos amplamente utilizados nos dias de hoje. Dada a sua versatilidade de ir das menores até as maiores potências que o mercado demanda, esses conversores podem ser CA/CC ou CC/CC e são muito úteis em diversas aplicações. Entretanto junto à sua versatilidade, esses tipos de conversores trazem consigo um efeito colateral presente em basicamente todos os circuitos eletrônicos, a geração de ruídos eletromagnéticos de alta frequência, EMI. Com o crescente uso de luminárias de tecnologia LED para iluminação pública no Brasil, o INMETRO lançou, em 2017, sua Portaria n. 20. Tal regulamentação rege apenas luminárias aplicadas em vias públicas, incluindo limites de emissões eletromagnéticas que esse tipo de equipamento pode injetar na rede. Como a fonte de uma luminária LED é um dispositivo eletrônico chaveado chamado de \textit{driver}, ele também deve atender às especificações impostas pela nova regulamentação. Neste trabalho, o estudo de caso de adaptação de um \textit{driver} de baixa potência usado como fonte para luminárias LED será realizado explorando o estado atual, as soluções possíveis que este tipo de problema requer e como foram feitas suas implementações.
O veículo elétrico da UFMG, o DT1, é um protótipo utilizado em competições de eficiência energética. A atual medição de seu consumo é de 226,9[km/kWh] realizada na competição estudantil Shell EcoMarathon Americas de 2019. Este projeto de fim de curso tem como objetivo determinar, a partir da aplicação da teoria de controle ótimo, o sinal de controle em malha aberta para acionamento do motor elétrico (estrátegia de pista) e a relação de transmissão para que o consumo do DT1 seja o minimo possível na atual pista da competição Shell EcoMarathon Americas no kartódromo de Sonoma. Para realizar este objetivo, primeiramente foi determinado um modelo matemático da dinâmica longitudinal do veículo protótipo. Com base neste modelo e nas determinações da organização Shell EcoMarathon para a medição da autonomia foi formulado um problema de controle ótimo que foi resolvido utilizando o software FALCON.m. A estrategia de pista e a relação de transmissão encontradas levariam o consumo do protótipo para 905,7[km/kWh]. Uma vez que o modelo do protótipo não foi validado experimentalmente não foi possível afirmar que está estrategia e esta relação de transmissão são ótimas para o caso real. Contudo foi possível obter as seguintes conclusões: o motor deve ser ligado no trechos de maior aclive da pista e o tempo total gasto deve ser o máximo permitido.
Neste trabalho serão apresentados os resultados das simulações teóricas representando o uso de um controlador preditivo eficiente, MPC, no protótipo de combustão da equipe Milhagem UFMG. Um estudo foi feito para entender o comportamento da dinâmica veicular deste protótipo em situações de competição, para o qual o software GT-Power foi utilizado para modelar o gasto energético e torque do motor Honda GX-35, utilizado na propulsão do protótipo. Com o sistema modelado e linearizado em torno de um ponto de operação, foi possível a construção desse controlador. Para fins de discussão, um modelo da pista de corrida Sonoma Raceway, utilizada na competição Shell Eco Marathon, foi utilizado nas simulações e algumas tentativas teóricas foram feitas visando um gasto energético otimizado em diferentes estratégias de pista.
A fome, na sua forma mais grave, é um problema que afetou 10,3 milhões de pessoas no Brasil, entre os anos de 2017 e 2018. A insegurança alimentar grave se caracteriza pela privação severa no consumo de alimentos. Para tentar solucionar esse problema, foi desenvolvido um modelo em que famílias de pequenos agricultores pudessem produzir a própria comida. Esse modelo, chamado Sisteminha Embrapa, é uma premiada tecnologia social que tem como premissas simplicidade, baixo custo e fácil aplicação. Em sua concepção, o Sisteminha utiliza de poucos dispositivos eletrônicos e por isso, ainda é considerado rudimentar, sendo toda a sua manutenção feita de forma manual, diariamente. Para a maior parte da população, automatizar tarefas ainda é visto como luxo e sinônimo de elevados custos. Porém, pelo fato das tecnologias estarem cada vez mais acessíveis, é possível prover conforto e liberdade a essas famílias. A falta de liberdade, nesse contexto, se deve ao fato do usuário ter que ficar à disposição da manutenção do Sisteminha, durante todo o dia. Dessa forma, essas pessoas não possuem muito tempo disponível para trabalhar de forma assalariada ou mesmo vender os excedentes da produção em feiras locais. A ausência de conforto está relacionada à necessidade de cuidados com a produção, independente das condições climáticas do dia, das condições físicas dos usuários ou independente de qual dia do ano é. Este trabalho tem como objetivo demonstrar que é possível e viável usar técnicas bastante conhecidas de automação para melhorar a qualidade de vida das famílias usuárias do Sisteminha Embrapa. Para tal, foi confeccionado um alimentador automático para um tanque de peixes que foi incorporado à internet com uso de ferramentas comerciais, utilizando conceitos de Internet das Coisas – IoT. Foi possível concluir que é tecnicamente viável implantar esse dispositivo e que o alimentador proporciona, não apenas maior conforto e autonomia das famílias, mas também permite que os membros tenham outras atividades. Outro fator identificado é que, com o uso de automações programáveis e baixo custo, é possível aumentar significativamente o desempenho da produção de peixes, reduzindo o tempo de crescimento do plantel.
Este projeto consiste no desenvolvimento de uma planta didática móvel para ensino prático de técnicas de controle em laboratório. Um Hovercraft foi escolhido para este fim por se tratar de um veículo versátil com ampla gama de utilização, apesar de pouco conhecido. O escopo do projeto pode ser dividido em quatro partes: projeto e construção do protótipo, elaboração de um ambiente virtual didático com uma interface intuitiva de utilização e demonstração do seu potencial didático para o ensino de controle. Na etapa de projeto, é apresentada uma revisão teórica do funcionamento de um Hovercraft, levantamento de sensores, atuadores e demais componentes eletrônicos e mecânicos que serão utilizados, desenho do projeto 3D e projeto eletrônico embarcado. Na etapa de construção, é descrito o processo de montagem e validação funcional do protótipo. Em seguida, é apresentada a implementação do firmware do microcontrolador e o desenvolvimento da interface gráfica de usuário que será utilizada para interagir em tempo real com o sistema embarcado de maneira remota, por meio de comunicação sem fio. Utilizando a interface desenvolvida, é realizada a calibração dos sensores, a modelagem empírica do comportamento dinâmico do sistema e a sua validação. Por fim, é proposto e validado um controlador para realizar o controle em malha fechada de velocidade linear e angular. Assim, é demonstrada a aplicabilidade do protótipo construído como ferramenta didática para o ensino de engenharia de controle. São ainda explorados, ao longo do desenvolvimento do protótipo, diferentes áreas abarcadas e correlatas da engenharia de controle, como instrumentação, projeto de sistemas eletrônicos embarcados, comunicação digital sem fio, sistemas operacionais de tempo real, modelagem de sistemas dinâmicos e projeto de controle de sistemas multivariáveis.
Neste trabalho serão apresentadas tecnologias que compõem o sistema de automação de uma empilhadeira de minério. Este estudo foi feito com o intuito de descrever a instrumentação, as redes industriais e as principais técnicas de programação de Controladores Lógico Programáveis (CLP) que possibilitam o funcionamento automático e seguro da máquina de pátio. Foi feita uma associação com disciplinas da Automação visando enaltecer a importância de conteúdos abordados ao longo da graduação para a área industrial, especialmente em um processo de mineração. O desenvolvimento deste trabalho ocorreu durante o projeto de revitalização elétrica de uma empilhadeira de minério que envolveu tanto a engenharia básica quanto serviços de comissionamento.
Este trabalho apresenta o projeto de um dinamômetro automotivo de pequeno porte para protótipos de eficiência energética da equipe Milhagem UFMG. O dinamômetro utiliza um motor indução monofásico em sua construção e por isso um inversor de frequência é projetado, assim como estratégias de controle para rotação e torque. Para rotação o controlador é um Proporcional Integral (PI). Para o controle de torque são propostos dois controladores, o primeiro também é um PI, projetado para o sistema linearizado em torno de um ponto de operação, e o segundo um Self-Tuning Regulator (STR), uma estratégia de controle adaptativo. Todo o projeto é simulado em uma plataforma desenvolvida no software MATLAB\Simulink.
No Brasil, o setor de construção civil movimenta altos recursos financeiros e é considerado uma das principais frentes industriais do país. Nesse cenário, do custo total necessário para a realização de uma edificação, em média de 60% a 65% destes, são motivados pela aquisição de materiais de construção. Nesse sentido, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta de otimização dos gastos referentes à compra de materiais de construção, uma vez que estes apresentam alto impacto no custo final de uma obra. A ferramenta descrita neste trabalho é composta por duas etapas: a coleta de dados provenientes de lojas de materiais de construção online e a busca pela solução ótima, nesse caso, pelo conjunto de itens cujo custo final seja o menor possível e que atenda à restrição da quantidade mínima de produto. Com o objetivo de realizar a aquisição das informações necessárias, o trabalho utiliza técnicas computacionais as quais realizam a coleta dos dados de forma automatizada. Já para a execução da otimização, o presente projeto aborda cinco diferentes metodologias para a definição de um algoritmo capaz de apresentar soluções satisfatórias em um tempo de execução aceitável, nesse caso, o Algoritmo Genético. Dessa forma, a utilização da ferramenta de otimização desenvolvida apresentou tempo de execução, aproximadamente, 46% menor em relação ao tempo médio necessário para uma pessoa realizar a escolha dos produtos manualmente. Quanto ao custo final, o valor resultante mostrou-se, aproximadamente, 15% mais baixo quando comparado ao custo médio obtido através da seleção manual de produtos por uma pessoa.
O presente trabalho apresenta um projeto de Levantamento e Estabiliza ̧c ̃ao de um sistema carrinho-pˆendulo invertido. Busca-se implementar uma lei de controle não-linear para a subida do pêndulo da condição de pêndulo simples para a condição de pêndulo invertido, através da injeção de energia no sistema. Quando o pêndulo está próximo da condição vertical para cima, controladores lineares devem estabilizar o pêndulo e o carrinho nas posições desejadas. O modelo do sistema carrinho pêndulo utilizado desse projeto é baseado na planta existente no Laboratório de Controle de Processos Secos da Escola de Engenharia da UFMG. O modelo deve ser construído em ambiente simulado e validado para a implementação das leis de controle. O levantamento do pêndulo é realizado através de um controlador baseado em métodos de controle usando energia e deve respeitar os limites do trilho do carrinho. A estabilização final do sistema é realizada por controladores em cascata, baseado na representação linearizada do modelo em torno do ponto de equilíbrio desejado, ou por um controlador por realimentação de estados. Finalmente, os resultados obtidos com os controladores projetados devem ser analisados.
No setor industrial de ferramentarias, em diversas ocasiões, os softwares de gestão apresentam informações em excesso, ou não possuem soluções para problemas específicos da empresa contratante, fatores que comprometem a eficiência do processo. Esta realidade costuma ser bastante comum neste tipo de indústria, e, por isso, para auxiliar uma ferramentaria automobilística, foi desenvolvido uma plataforma web que integra vários módulos para cálculo, armazenamento e visualização de dados relacionados a eventos de máquinas de usinagem e seu desempenho. Para isso, dados presentes no banco de dados do cliente são processados e inseridos na plataforma desenvolvida, permitindo encontrar os principais gargalos do processo por meio do histórico de eventos e de um Diagrama de Pareto. Ao final, os indicadores de desempenho eficiência global (OEE), tempo médio para reparos (MTTR), tempo médio entre falhas (MTBF) e disponibilidade inerente são calculados e dispostos de forma gráfica. Para o desenvolvimento desse sistema, uma arquitetura de software foi planejada e implementada, de forma que o sistema final fosse de simples entendimento e desenvolvimento, além de ser o mais escalável possível. Ao final do projeto, todos os módulos foram testados e validados na empresa cliente, e a arquitetura planejada foi seguida por completo.
Alcançar eficiência e produtividade em um ambiente industrial que se torna cada dia mais complexo e dinâmico, é um desafio contínuo e para superá-lo já não é mais possível abrir mão dos recursos tecnológicos e a automatização de processos. Apesar destes recursos trazerem diversas facilidades de comando e controle automático, acesso em tempo real e armazenamento de informação, eles não eliminam o fator humano, por isso a utilização das ferramentas de automação existentes não deve ser focada apenas no processo, mas também em seus desenvolvedores e usuários. Utilizando desta visão, neste trabalho será abordada a automatização de uma planta de filtragem de rejeito de minério, para sua disposição em barragem seca. Este processo reduz a área necessária da barragem, permite a reutilização da água para outros processo de mineração, além de reduzir os riscos e impactos ambientais. Este tipo de planta não é empregado apenas para descarte de rejeito, mas para processos em que seja necessário o armazenamento e transporte de minério a seco. Os subprocessos desta planta são usualmente: O espessamento, cujo subproduto é água clarificada e polpa espessada; Transporte e armazenamento, fazendo o uso de tanques para absorver as variações de vazão do processo; E a filtragem responsável por gerar a torta de minério com o teor de umidade requerido para sua aplicação.
Procurando soluções para problemas que se destacaram ainda mais durante o período do ensino remoto, o presente trabalho propõe uma alternativa para os módulos existentes em algumas disciplinas práticas de controle e automação. A solução apresentada é o desenvolvimento de uma planta acadêmica para diminuir o custo de se realizar as atividades que saem da teoria. O módulo proposto simula uma situação encontrada no dia a dia do Engenheiro de Controle e Automação, que é o controle de umidade e temperatura em uma sala, que pode ser visto em museus, salas limpas e cabines de pintura automotiva. Para cumprir esse objetivo, foi estipulado um valor máximo, sendo usados hardwares e softwares de baixo ou nenhum custo, por exemplo, uso do Codesys e Arduino, usado como “interface” de I/O de um SoftPLC por meio da comunicação MODBUS. O resultado é uma alternativa relativamente portátil e com um custo de desenvolvimento realizável em escala.
A presente monografia aborda o problema de definir um caminho factível para um manipulador robótico. O objetivo desse trabalho é desenvolver um controle para que o efetuador do robô chegue na referência. Para tanto, o robô não deverá colidir com nenhum obstáculo, nem com ele mesmo e tampouco realizar movimentos que possam prejudicar sua estrutura mecânica. Para tal fim, vale-se de uma das vertentes do aprendizado por reforço para a exploração do ambiente. Dessa forma, coletam-se informações a respeito do espaço no qual o manipulador está inserido, o que fará com que ele não colida com obstáculos. Atrelado a isso, utiliza-se a cinemática inversa para melhorar a eficiência, haja vista que ela fornece um conhecimento prévio do ambiente. Dessa forma, evita-se que haja a exploração exacerbada pelo agente e garante-se que os limites físicos serão respeitados.
Este trabalho propõe um controlador preditivo baseado em modelo de estabilidade prescrita e ganho escalonado para supressão ativa do fenômeno de flutter em uma seção típica de uma asa. O flutter é uma instabilidade oscilatória auto-induzida de estruturas em um campo de escoamento. Essa instabilidade aeroelástica é determinante no projeto estrutural de asas, de modo a estabilidade é requerida dentro do envelope de voo. Assim, a superfície de comando será atuada para estabilizar o sistema para além do envelope estável em malha aberta. A abordagem de controle ativo é capaz de evitar o aumento de massa resultante da técnica passiva, por alteração de inércia e rigidez do sistema. Nesse contexto, aplica-se o controle por modelo preditivo pela sua capacidade de lidar com restrições na entrada e pela possibilidade de trabalhar com incertezas do sistema. Assim, neste trabalho, à ação de controle são impostas restrições de taxa de entrada e de valor máximo da variável de controle. À lei de controle é imposta uma taxa de decaimento da resposta, ou seja, sua estabilidade prescrita. Por fim, ao controlador é associada a abordagem de ganho escalonado, para compensar mudanças no comportamento do sistema dentro do envelope de operação. Busca-se pelo ganho escalonado o ajuste ótimo do controlador para pontos de referência. Dessa forma, o sistema é simulado para análise do seu comportamento em malha aberta e em malha fechada frente à pertubações. Os resultados são discutidos e é demonstrada a capacidade do método de ajuste do controlador de garantir estabilidade do sistema em condições diferentes do projeto.
O presente trabalho identifica um modelo não linear para uma câmara termoeletricamente controlada, um sistema de refrigeração baseado em módulos Peltier. Para predizer a temperatura no interior da câmara, este projeto apresenta uma abordagem do modelo de Hammerstein em que um polinômio é usado para aprender a não linearidade do processo e um modelo linear é usado para aprender a dinâmica. Para estimativa de parâmetros, é proposta uma abordagem em duas etapas para identificar as partes do modelo de Hammerstein separadamente e sequencialmente.
O objetivo principal do trabalho é verificar a viabilidade de um sistema mais eficaz em relação aos métodos convencionais, com o intuito de diminuir a temperatura de um núcleo de processamento, como CPU (Central Processing Unit) e GPU (Graphics Processing Unit). Neste caso, foi adotada uma CPU para realização dos experimentos, uma vez que é mais fácil adaptar a placa de Peltier e coletar os dados do sistema em tempo real, tanto no uso percentual do núcleo quanto na temperatura da unidade de processamento. O protótipo foi desenvolvido baseado em um controle por histerese com on-off (ligadesliga) que é uma técnica utilizada para controlar sistemas que possuem um comportamento não linear ou imprevisível. Ele é baseado no princípio da histerese, que é a tendência de um sistema de apresentar diferentes respostas para o mesmo estímulo, dependendo do histórico dos eventos anteriores. No controle em histerese, são definidos dois limites ou níveis de referência, conhecidos como "limite superior"e "limite inferior". O sistema é projetado para alternar entre dois estados de ação com base na posição da variável controlada em relação a esses limites. No entanto, há como desenvolver uma função que lineariza valores da saída de controle com base nesses limites. A placa de Peltier é um componente que tem a propriedade de aquecer um lado e resfriar o outro quando fornecido energia para ela. Dessa forma, a parte fria fica em contato com o processador e a parte quente com o dissipador de calor. Essa energia pode ser controlada por um sistema, como uma placa Arduino em conjunto com um PWM (Pulse Width Modulation), realizando a função de monitorar, controlar e fornecer energia para a placa conforme programado. Assim, os mesmos testes foram realizados em temperatura ambiente e no mesmo local, alternando apenas o uso da placa de Peltier e do dissipador convencional para comparar os resultados em condições semelhantes. Com os resultados obtidos, observa-se que há vantagens no uso da placa de Peltier em algumas situações e desvantagens em outras. Ajustes nas características físicas da placa de Peltier podem melhorar algumas situações específicas, que serão abordadas posteriormente. Portanto, existe a possibilidade de tornar viável o uso desse sistema para auxiliar na troca de calor com o processador, embora sejam necessários alguns perfeiçoamentos.
A demanda por projetos de engenharia de automação voltados para a indústria siderúrgica vem crescendo de forma significativa nos últimos anos, principalmente em função das inovações tecnológicas trazidas pela chamada Indústria 4.0. Empresas fornecedoras de soluções para esse mercado, como a Primetals Technologies, parceira da execução deste trabalho, estão inseridas em um contexto de alta competitividade em que se sobressai aquela com capacidade de entregar bons resultados com um menor gasto de tempo. Dessa maneira, é grande a necessidade de se encontrar ferramentas e estratégias de trabalho que possibilitem agilizar ou até mesmo eliminar processos repetitivos e de baixo valor agregado, para que assim os esforços da equipe de engenharia possam se concentrar em atividades de maior complexidade, como a programação de lógicas para Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Diante disso, o presente trabalho apresenta os procedimentos utilizados para se obter uma aplicação desenvolvida em Visual Basic for Application (VBA), capaz de realizar a leitura, em um planilha de Excel padronizada, dos dados que compõem o endereçamento de hardware de um projeto de automação, como os nomes, tipos e endereços de variáveis. Com isso, a aplicação possibilita o teste destes endereços de maneira automática, tendo como resultando uma planilha parcialmente preenchida no que compõe a etapa de Testes Internos da Primetals Technologies, para CLPs Rockwell.