Este documento descreve a fabricação e controle de um levitador pneumático duplo, no qual dois levitadores individuais são interligados de forma que um afeta o outro. O sistema foi construído com baixo custo e controlado usando Arduino para investigar o controle descentralizado versus o uso de um desacoplador. Os resultados mostraram que o desacoplador melhora significativamente o desempenho do sistema devido ao acoplamento entre os levitadores.
O documento descreve um projeto de conclusão de curso de engenharia que construiu e controlou um sistema de pendulo invertido utilizando lógica fuzzy em um microcontrolador. Foi construído um protótipo inicial e uma planta maior para testes. O sistema de controle fuzzy foi implementado no microcontrolador Arduino e mostrou bons resultados no controle do pendulo invertido.
Este documento descreve o projeto mecânico de um mecanismo de aplicação de carga para um simulador de teste acelerado de pavimentos. O projeto foi desenvolvido para o Simulador de Tráfego UFRGS-DAER/RS e tem como objetivo permitir a aplicação controlada de carga sobre a pista de teste através de um par de pneus acoplados a um sistema de deslocamento longitudinal. O projeto passou por quatro fases que resultaram em um modelo final detalhado do mecanismo.
CONTROLE MPC MULTIVARIÁVEL COM RESTRIÇÕES USANDO FUNÇÕES DE LAGUERREUFPA
Este documento descreve uma dissertação de mestrado que apresenta um controlador preditivo multivariável com restrições usando funções de Laguerre. O controlador propõe usar funções de Laguerre para prever trajetórias de sinal de controle e reduzir a carga computacional, melhorando o compromisso entre viabilidade do sinal de controle e desempenho do sistema. O documento relata testes com um manipulador robótico e uma coluna de destilação.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre gestão de contexto aplicada ao encaminhamento adaptativo em soluções convergentes. O trabalho propõe um arcabouço para gerenciamento de contexto para encaminhamento adaptativo, especificamente um módulo de tratamento e gestão de contexto. Este módulo inclui modelagem e representação de contexto, além de modelagem da arquitetura para implementação da solução proposta. O trabalho também valida cenários orientados a aplicações convergentes.
Este documento apresenta um estudo comparativo de três arquiteturas para monitoração e controle do sistema de alimentação elétrica do Pátio Itaquera a partir do Centro de Controle Operacional. Foram identificadas as partes interessadas, levantados os requisitos técnicos e operacionais e desenvolvidas as arquiteturas conceituais. A seleção da melhor alternativa ocorreu com base em uma matriz de decisão que considerou custos, segurança, interferência operacional e tempo médio de reparo.
Este documento apresenta um estudo e estimação de parâmetros de um modelo elétrico de bateria. Foram implementados modelos elétricos e baseados em impedância para simular o comportamento de baterias. Um sistema experimental foi desenvolvido para testar baterias e estimar parâmetros internos através de espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos permitiram analisar o desempenho dos diferentes modelos de bateria.
Este documento apresenta um trabalho de conclusão de curso sobre o desenvolvimento de um software para projeto de mecanismos flexíveis tridimensionais utilizando otimização topológica. O trabalho descreve os fundamentos teóricos do método dos elementos finitos, otimização topológica e análise de mecanismos flexíveis. A formulação matemática e implementação numérica do software são detalhadas, assim como resultados obtidos para validação e casos tridimensionais.
O documento descreve duas empresas de energia solar, a Solar Junction e a Stion, que estão desenvolvendo novas tecnologias de células solares para reduzir o custo da energia solar. A Solar Junction está criando células solares de concentração fotovoltaica com múltiplas camadas de semicondutores, enquanto a Stion recebeu financiamento para desenvolver painéis solares de seleneto de cobre-índio-gálio de baixo custo e alta eficiência. O documento também discute a importância do método de
O documento descreve um projeto de conclusão de curso de engenharia que construiu e controlou um sistema de pendulo invertido utilizando lógica fuzzy em um microcontrolador. Foi construído um protótipo inicial e uma planta maior para testes. O sistema de controle fuzzy foi implementado no microcontrolador Arduino e mostrou bons resultados no controle do pendulo invertido.
Este documento descreve o projeto mecânico de um mecanismo de aplicação de carga para um simulador de teste acelerado de pavimentos. O projeto foi desenvolvido para o Simulador de Tráfego UFRGS-DAER/RS e tem como objetivo permitir a aplicação controlada de carga sobre a pista de teste através de um par de pneus acoplados a um sistema de deslocamento longitudinal. O projeto passou por quatro fases que resultaram em um modelo final detalhado do mecanismo.
CONTROLE MPC MULTIVARIÁVEL COM RESTRIÇÕES USANDO FUNÇÕES DE LAGUERREUFPA
Este documento descreve uma dissertação de mestrado que apresenta um controlador preditivo multivariável com restrições usando funções de Laguerre. O controlador propõe usar funções de Laguerre para prever trajetórias de sinal de controle e reduzir a carga computacional, melhorando o compromisso entre viabilidade do sinal de controle e desempenho do sistema. O documento relata testes com um manipulador robótico e uma coluna de destilação.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre gestão de contexto aplicada ao encaminhamento adaptativo em soluções convergentes. O trabalho propõe um arcabouço para gerenciamento de contexto para encaminhamento adaptativo, especificamente um módulo de tratamento e gestão de contexto. Este módulo inclui modelagem e representação de contexto, além de modelagem da arquitetura para implementação da solução proposta. O trabalho também valida cenários orientados a aplicações convergentes.
Este documento apresenta um estudo comparativo de três arquiteturas para monitoração e controle do sistema de alimentação elétrica do Pátio Itaquera a partir do Centro de Controle Operacional. Foram identificadas as partes interessadas, levantados os requisitos técnicos e operacionais e desenvolvidas as arquiteturas conceituais. A seleção da melhor alternativa ocorreu com base em uma matriz de decisão que considerou custos, segurança, interferência operacional e tempo médio de reparo.
Este documento apresenta um estudo e estimação de parâmetros de um modelo elétrico de bateria. Foram implementados modelos elétricos e baseados em impedância para simular o comportamento de baterias. Um sistema experimental foi desenvolvido para testar baterias e estimar parâmetros internos através de espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos permitiram analisar o desempenho dos diferentes modelos de bateria.
Este documento apresenta um trabalho de conclusão de curso sobre o desenvolvimento de um software para projeto de mecanismos flexíveis tridimensionais utilizando otimização topológica. O trabalho descreve os fundamentos teóricos do método dos elementos finitos, otimização topológica e análise de mecanismos flexíveis. A formulação matemática e implementação numérica do software são detalhadas, assim como resultados obtidos para validação e casos tridimensionais.
O documento descreve duas empresas de energia solar, a Solar Junction e a Stion, que estão desenvolvendo novas tecnologias de células solares para reduzir o custo da energia solar. A Solar Junction está criando células solares de concentração fotovoltaica com múltiplas camadas de semicondutores, enquanto a Stion recebeu financiamento para desenvolver painéis solares de seleneto de cobre-índio-gálio de baixo custo e alta eficiência. O documento também discute a importância do método de
O documento descreve duas empresas de energia solar, a Solar Junction e a Stion, que estão desenvolvendo novas tecnologias de células solares para reduzir o custo da energia solar. A Solar Junction está criando células solares de concentração fotovoltaica com múltiplas camadas de semicondutores, enquanto a Stion recebeu financiamento para desenvolver painéis solares de seleneto de cobre-índio-gálio de baixo custo e alta eficiência. O documento também discute a importância do método de
Este relatório científico descreve um projeto que tem como objetivo aplicar o Método dos Elementos Finitos (MEF) para resolver problemas do eletromagnetismo, como a análise modal de guias ópticos planares. O trabalho envolve desenvolver programas MEF unidimensionais e bidimensionais, adaptá-los para execução em sistemas de computação distribuída, e realizar estudos comparativos de desempenho. Os programas desenvolvidos terão capacidade de refinar automaticamente a malha de elementos finitos.
Mecânica dos Fluidos para Engenharia Química: o estudo de instalações de bomb...Raimundo Ignacio
Relacionar e ampliar os estudos de mecânica dos fluidos nas principais aplicações da engenharia química, o que nos leva a estudar: o projeto de uma instalação hidráulica básica, onde dimensionamos as tubulações, escolhemos a bomba adequada, analisamos o fenômeno de cavitação e calculamos o custo de operação; a determinação experimental do rendimento da bomba; a associação série e paralelo de bombas hidráulicas; utilização do inversor de frequência tanto no controle da vazão do escoamento, como na redução da potência consumida pelo sistema; correções das curvas características das bombas (CCB) para fluidos “viscosos” e determinação do NPSHrequeridoem função da rotação específica.
Este documento propõe métodos alternativos de software e hardware livre para o controle de movimentação de máquinas e verificação de erros, como uma opção mais barata às soluções comerciais. O LinuxCNC foi usado para controlar uma plotter e um Arduino e Matlab para ler dados de um relógio comparador e gerar relatórios de teste. Os resultados mostraram que o software livre pode ser usado para controle de máquinas e a ferramenta de verificação foi bem-sucedida em testes.
Web semântica e ontologias - um estudo de casoAlison Carvalho
Este documento apresenta um estudo de caso sobre o desenvolvimento de uma ontologia para classificação de cabos de rede utilizando conceitos da Web Semântica. A ontologia denominada CERCOnt foi desenvolvida utilizando a metodologia 101 e implementada com a ferramenta Protégé. Uma aplicação Java foi desenvolvida para realizar consultas à ontologia usando a API JENA e SPARQL.
SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS EM MATLAB UTILIZANDO COMUNICAÇÃO WI-FI™ VIA NOD...UFPA
Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados em Matlab utilizando o dispositivo ESP8266 sendo programado por meio do Arduino IDE. O ESP8266 é tendência a ser usado em aplicações em diversas áreas da engenharia e da ciência, como em telecomunicações, sistemas de controle e automação, computação aplicada e engenharia biomédica, justamente por usar a tecnologia WiFi no próprio microcontrolador, sem necessitar de shield para isso. O sistema criado nesta monografia se chama DAQWiFi, o qual foi desenvolvido para tarefas de controle e automação, contudo pode ser empregado em diversas áreas afins. O sistema se baseia no envio e recepção de dados, para isso, apenas duas linhas de código em Matlab são necessárias: uma linha de código responsável por ler os dados provenientes de sensores acoplados à placa NodeMCU 1.0 e uma linha de código incumbida de enviar sinais para atuadores, tais linhas correspondem, respectivamente, às funções daqWifi_read e daqWifi_write. O desenvolvimento do DAQWiFi se deu em um cenário de projeção tecnológica de dispositivo de aquisição de dados na Universidade Federal do Pará, onde a tecnologia WiFi não era usada ainda para estes propósitos. Ao mesmo tempo, surgiu como solução de parte de um algoritmo para um protótipo de uma cadeira de rodas inteligente e como possibilidade de uso didático em plantas experimentais. Nesta monografia, as formas de evolução das etapas de formulação e validação do sistema DAQWiFi serão descritas, começando pelo caso SISO, onde um circuito eletrônico de segunda ordem é utilizado como planta e finalizando com o caso MIMO, onde é empregado ao protótipo da cadeira de rodas. Também serão descritos procedimentos e protocolos corroborativos com o desenvolvimento do sistema, como o HTTP e as bibliotecas próprias do ESP8266.
1. O documento descreve um projeto de uma turbina eólica de eixo vertical para aplicação em meio urbano. Inclui análise aerodinâmica, resultados de cálculo de coeficientes de potência e projeto estrutural da turbina.
2. A análise aerodinâmica usa modelos matemáticos para calcular coeficientes de potência variando a velocidade de rotação e fator de bloqueamento, e estuda perfis multi-elementos usando o Javafoil.
3. Inclui também projeto
- Breve histórico da engenharia de sistemas no Brasil e iniciativas atuais de modelagem no IAE
- Visão geral do IAE, incluindo suas instalações e projetos principais
- Uso de simulação e modelagem no projeto do motor foguete L75 no IAE
CARNEIRO Jr.,C. (2006) Desenvolvimento de um Sistema de Inspeção baseado em Transmissão de Radiação Gama para Aplicação em Dutos Flexíveis e Colunas Industriais.
O documento descreve o desenvolvimento de um laboratório remoto (Weblab) para ensino de física, química e computação. O Weblab permite que estudantes realizem experimentos online de forma assíncrona, melhorando o ensino a distância. O projeto utilizou diversas tecnologias para modelar o laboratório e desenvolver uma aplicação web interativa. Testes demonstraram que o Weblab funciona como uma ferramenta educacional eficaz.
Sistemas gerenciadores de workflows científicos são importantes para o desenvolvimento da ciência. Apesar disso, existem poucos escalonadores de workflows em nuvens computacionais nesses sistemas que explorem melhor os recursos disponíveis. Cooperação entre comunidades científicas por meio de software livre permite maior reprodutibilidade e validação de experimentos.
1. O documento apresenta os fundamentos para a realização de pesquisa experimental utilizando sistemas hidráulicos e pneumáticos no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP) da Universidade Federal de Santa Catarina.
2. São abordados tópicos como sistemas automáticos, medição e atuação, propriedades de fluidos, ruídos em circuitos elétricos, características de placas de aquisição, e instrumentação e componentes utilizados no LASHIP.
BARUZZI, F. Design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado movido a ener...Filipe Andrade Baruzzi
Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Mecânica. Este trabalho realiza o design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) com células fotovoltaicas em suas asas de modo a gerar sua própria energia e possuir a capacidade de permanecer em voo continuamente. É embarcado com câmera desenvolvida para VANTs, de modo que sua principal aplicação é de captura de imagens em missões de variadas aplicações. O projeto conceitual foi realizado utilizando critérios de eficiência e baixo custo, de modo a obter uma aeronave de grande autonomia, com a capacidade de monitorar territórios de quaisquer dimensões do Brasil. O trabalho utiliza uma adaptação da metodologia proposta na literatura técnica e seu resultado é de uma aeronave autossuficiente energeticamente, com 3,44 metros de envergadura, painéis solares na asa totalizando 120 W de potência, e estimativa total de massa da aeronave em 2,536 kg. Entre os parâmetros avaliados para o dimensionamento preliminar da aeronave estão a massa total, o consumo energético da carga transportada, o sistema de aviônicos, a altitude máxima de operação, a irradiância global do local de voo por localização e época do ano, os coeficientes aerodinâmicos para asa finita, a densidade energética das baterias, as células fotovoltaicas, o Maximum Power Point Tracker e o sistema de propulsão. O resultado é um projeto preliminar de um VANT solar relativamente leve e com elevada autonomia de voo.
Modelagem de cargas utilizando sistemas baseados em regrasSuzana Viana Mota
Este documento propõe o desenvolvimento de modelos para prever o comportamento de cargas elétricas residenciais usando lógica fuzzy e um sistema especialista baseado em regras. O sistema foi implementado em Java e testado em diferentes situações para validar sua capacidade de modelar cargas elétricas de forma não intrusiva.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre estruturas hidráulicas utilizadas em reservatórios de controle de cheias na cidade de São Paulo. A dissertação analisa as principais estruturas como vertedores, galerias e dissipadores de energia e apresenta um estudo de caso no reservatório Aricanduva V.
Este trabalho aborda três etapas essenciais para o desenvolvimento de um sistema robótico para operações de um mini-helicóptero em ambientes internos: (1) localização do helicóptero usando uma combinação de visão estéreo e sensores inerciais via filtragem de Kalman, (2) modelagem dinâmica do helicóptero usando identificação de parâmetros a partir de sinais de comando e estados estimados, e (3) controle automático dos graus de liberdade do helicóptero usando controladores PID clássicos
Elastipipe: Apresentação para Banca AvaliadoraMateus Aubin
Este documento propõe o modelo ElastiPipe para promover a elasticidade em aplicações organizadas em pipelines. O modelo mapeia cada etapa do pipeline para uma unidade de elasticidade, permitindo definir regras granulares de alocação de recursos. A avaliação mostrou que a elasticidade funcional proposta pelo modelo reduz o tempo total de execução em até 72% em comparação a outras abordagens.
TCC: WebLab Laboratório de Experimentação RemotaAdilmar Dantas
Este documento descreve um projeto de conclusão de curso de um estudante de Tecnologia em Sistemas para Internet que teve como objetivo desenvolver um laboratório remoto (WebLab) para experimentação da física. O WebLab permitiu recriar o experimento original de Joseph John Thomson para determinar a relação carga/massa do elétron, permitindo que usuários ajustem parâmetros e realizem cálculos de forma remota pela internet. O projeto integrou hardware e software para permitir o controle remoto de equipamentos do experimento de física e forn
He-lastic: um modelo de elasticidade em nuvem baseado em duas camadas para acelerar o cálculo de best-fit em sistemas de substituição filogenética, apresentação utilizada durante a defesa da Dissertação de Mestrado em Fevereiro de 2019.
A banca avaliadora foi composta pelos professores Rodrigo da Rosa Righi (orientador), Guilherme Galante e Jorge Luis Victória Barbosa.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001 e com o apoio da FAPERGS no contexto do projeto Combinando Elasticidade Multi-Métrica em Nuvem nas Modalidades Vertical e Horizontal para Análise de Genes e Redução de Pragas Agrícolas, no Edital 02/2017.
O documento descreve duas empresas de energia solar, a Solar Junction e a Stion, que estão desenvolvendo novas tecnologias de células solares para reduzir o custo da energia solar. A Solar Junction está criando células solares de concentração fotovoltaica com múltiplas camadas de semicondutores, enquanto a Stion recebeu financiamento para desenvolver painéis solares de seleneto de cobre-índio-gálio de baixo custo e alta eficiência. O documento também discute a importância do método de
Este relatório científico descreve um projeto que tem como objetivo aplicar o Método dos Elementos Finitos (MEF) para resolver problemas do eletromagnetismo, como a análise modal de guias ópticos planares. O trabalho envolve desenvolver programas MEF unidimensionais e bidimensionais, adaptá-los para execução em sistemas de computação distribuída, e realizar estudos comparativos de desempenho. Os programas desenvolvidos terão capacidade de refinar automaticamente a malha de elementos finitos.
Mecânica dos Fluidos para Engenharia Química: o estudo de instalações de bomb...Raimundo Ignacio
Relacionar e ampliar os estudos de mecânica dos fluidos nas principais aplicações da engenharia química, o que nos leva a estudar: o projeto de uma instalação hidráulica básica, onde dimensionamos as tubulações, escolhemos a bomba adequada, analisamos o fenômeno de cavitação e calculamos o custo de operação; a determinação experimental do rendimento da bomba; a associação série e paralelo de bombas hidráulicas; utilização do inversor de frequência tanto no controle da vazão do escoamento, como na redução da potência consumida pelo sistema; correções das curvas características das bombas (CCB) para fluidos “viscosos” e determinação do NPSHrequeridoem função da rotação específica.
Este documento propõe métodos alternativos de software e hardware livre para o controle de movimentação de máquinas e verificação de erros, como uma opção mais barata às soluções comerciais. O LinuxCNC foi usado para controlar uma plotter e um Arduino e Matlab para ler dados de um relógio comparador e gerar relatórios de teste. Os resultados mostraram que o software livre pode ser usado para controle de máquinas e a ferramenta de verificação foi bem-sucedida em testes.
Web semântica e ontologias - um estudo de casoAlison Carvalho
Este documento apresenta um estudo de caso sobre o desenvolvimento de uma ontologia para classificação de cabos de rede utilizando conceitos da Web Semântica. A ontologia denominada CERCOnt foi desenvolvida utilizando a metodologia 101 e implementada com a ferramenta Protégé. Uma aplicação Java foi desenvolvida para realizar consultas à ontologia usando a API JENA e SPARQL.
SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS EM MATLAB UTILIZANDO COMUNICAÇÃO WI-FI™ VIA NOD...UFPA
Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados em Matlab utilizando o dispositivo ESP8266 sendo programado por meio do Arduino IDE. O ESP8266 é tendência a ser usado em aplicações em diversas áreas da engenharia e da ciência, como em telecomunicações, sistemas de controle e automação, computação aplicada e engenharia biomédica, justamente por usar a tecnologia WiFi no próprio microcontrolador, sem necessitar de shield para isso. O sistema criado nesta monografia se chama DAQWiFi, o qual foi desenvolvido para tarefas de controle e automação, contudo pode ser empregado em diversas áreas afins. O sistema se baseia no envio e recepção de dados, para isso, apenas duas linhas de código em Matlab são necessárias: uma linha de código responsável por ler os dados provenientes de sensores acoplados à placa NodeMCU 1.0 e uma linha de código incumbida de enviar sinais para atuadores, tais linhas correspondem, respectivamente, às funções daqWifi_read e daqWifi_write. O desenvolvimento do DAQWiFi se deu em um cenário de projeção tecnológica de dispositivo de aquisição de dados na Universidade Federal do Pará, onde a tecnologia WiFi não era usada ainda para estes propósitos. Ao mesmo tempo, surgiu como solução de parte de um algoritmo para um protótipo de uma cadeira de rodas inteligente e como possibilidade de uso didático em plantas experimentais. Nesta monografia, as formas de evolução das etapas de formulação e validação do sistema DAQWiFi serão descritas, começando pelo caso SISO, onde um circuito eletrônico de segunda ordem é utilizado como planta e finalizando com o caso MIMO, onde é empregado ao protótipo da cadeira de rodas. Também serão descritos procedimentos e protocolos corroborativos com o desenvolvimento do sistema, como o HTTP e as bibliotecas próprias do ESP8266.
1. O documento descreve um projeto de uma turbina eólica de eixo vertical para aplicação em meio urbano. Inclui análise aerodinâmica, resultados de cálculo de coeficientes de potência e projeto estrutural da turbina.
2. A análise aerodinâmica usa modelos matemáticos para calcular coeficientes de potência variando a velocidade de rotação e fator de bloqueamento, e estuda perfis multi-elementos usando o Javafoil.
3. Inclui também projeto
- Breve histórico da engenharia de sistemas no Brasil e iniciativas atuais de modelagem no IAE
- Visão geral do IAE, incluindo suas instalações e projetos principais
- Uso de simulação e modelagem no projeto do motor foguete L75 no IAE
CARNEIRO Jr.,C. (2006) Desenvolvimento de um Sistema de Inspeção baseado em Transmissão de Radiação Gama para Aplicação em Dutos Flexíveis e Colunas Industriais.
O documento descreve o desenvolvimento de um laboratório remoto (Weblab) para ensino de física, química e computação. O Weblab permite que estudantes realizem experimentos online de forma assíncrona, melhorando o ensino a distância. O projeto utilizou diversas tecnologias para modelar o laboratório e desenvolver uma aplicação web interativa. Testes demonstraram que o Weblab funciona como uma ferramenta educacional eficaz.
Sistemas gerenciadores de workflows científicos são importantes para o desenvolvimento da ciência. Apesar disso, existem poucos escalonadores de workflows em nuvens computacionais nesses sistemas que explorem melhor os recursos disponíveis. Cooperação entre comunidades científicas por meio de software livre permite maior reprodutibilidade e validação de experimentos.
1. O documento apresenta os fundamentos para a realização de pesquisa experimental utilizando sistemas hidráulicos e pneumáticos no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP) da Universidade Federal de Santa Catarina.
2. São abordados tópicos como sistemas automáticos, medição e atuação, propriedades de fluidos, ruídos em circuitos elétricos, características de placas de aquisição, e instrumentação e componentes utilizados no LASHIP.
BARUZZI, F. Design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado movido a ener...Filipe Andrade Baruzzi
Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Mecânica. Este trabalho realiza o design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) com células fotovoltaicas em suas asas de modo a gerar sua própria energia e possuir a capacidade de permanecer em voo continuamente. É embarcado com câmera desenvolvida para VANTs, de modo que sua principal aplicação é de captura de imagens em missões de variadas aplicações. O projeto conceitual foi realizado utilizando critérios de eficiência e baixo custo, de modo a obter uma aeronave de grande autonomia, com a capacidade de monitorar territórios de quaisquer dimensões do Brasil. O trabalho utiliza uma adaptação da metodologia proposta na literatura técnica e seu resultado é de uma aeronave autossuficiente energeticamente, com 3,44 metros de envergadura, painéis solares na asa totalizando 120 W de potência, e estimativa total de massa da aeronave em 2,536 kg. Entre os parâmetros avaliados para o dimensionamento preliminar da aeronave estão a massa total, o consumo energético da carga transportada, o sistema de aviônicos, a altitude máxima de operação, a irradiância global do local de voo por localização e época do ano, os coeficientes aerodinâmicos para asa finita, a densidade energética das baterias, as células fotovoltaicas, o Maximum Power Point Tracker e o sistema de propulsão. O resultado é um projeto preliminar de um VANT solar relativamente leve e com elevada autonomia de voo.
Modelagem de cargas utilizando sistemas baseados em regrasSuzana Viana Mota
Este documento propõe o desenvolvimento de modelos para prever o comportamento de cargas elétricas residenciais usando lógica fuzzy e um sistema especialista baseado em regras. O sistema foi implementado em Java e testado em diferentes situações para validar sua capacidade de modelar cargas elétricas de forma não intrusiva.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre estruturas hidráulicas utilizadas em reservatórios de controle de cheias na cidade de São Paulo. A dissertação analisa as principais estruturas como vertedores, galerias e dissipadores de energia e apresenta um estudo de caso no reservatório Aricanduva V.
Este trabalho aborda três etapas essenciais para o desenvolvimento de um sistema robótico para operações de um mini-helicóptero em ambientes internos: (1) localização do helicóptero usando uma combinação de visão estéreo e sensores inerciais via filtragem de Kalman, (2) modelagem dinâmica do helicóptero usando identificação de parâmetros a partir de sinais de comando e estados estimados, e (3) controle automático dos graus de liberdade do helicóptero usando controladores PID clássicos
Elastipipe: Apresentação para Banca AvaliadoraMateus Aubin
Este documento propõe o modelo ElastiPipe para promover a elasticidade em aplicações organizadas em pipelines. O modelo mapeia cada etapa do pipeline para uma unidade de elasticidade, permitindo definir regras granulares de alocação de recursos. A avaliação mostrou que a elasticidade funcional proposta pelo modelo reduz o tempo total de execução em até 72% em comparação a outras abordagens.
TCC: WebLab Laboratório de Experimentação RemotaAdilmar Dantas
Este documento descreve um projeto de conclusão de curso de um estudante de Tecnologia em Sistemas para Internet que teve como objetivo desenvolver um laboratório remoto (WebLab) para experimentação da física. O WebLab permitiu recriar o experimento original de Joseph John Thomson para determinar a relação carga/massa do elétron, permitindo que usuários ajustem parâmetros e realizem cálculos de forma remota pela internet. O projeto integrou hardware e software para permitir o controle remoto de equipamentos do experimento de física e forn
He-lastic: um modelo de elasticidade em nuvem baseado em duas camadas para acelerar o cálculo de best-fit em sistemas de substituição filogenética, apresentação utilizada durante a defesa da Dissertação de Mestrado em Fevereiro de 2019.
A banca avaliadora foi composta pelos professores Rodrigo da Rosa Righi (orientador), Guilherme Galante e Jorge Luis Victória Barbosa.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001 e com o apoio da FAPERGS no contexto do projeto Combinando Elasticidade Multi-Métrica em Nuvem nas Modalidades Vertical e Horizontal para Análise de Genes e Redução de Pragas Agrícolas, no Edital 02/2017.
Um protocolo de comunicação é um conjunto de regras formais que descrevem como transmitir ou trocar dados, especialmente através de uma rede. Um protocolo de comunicação padronizado é aquele que foi codificado como padrão. Exemplos deles incluem WiFi, o protocolo da Internet e o protocolo de transferência de hipertexto (HTTP).
Sobre protocolos de comunicação, é correto afirmar que:
ALTERNATIVAS
Pacote é um termo genérico para referenciar uma sequência de dados binários com tamanho limitado usado como unidade de transmissão.
O número de dispositivos em um barramento não é determinado pelo protocolo.
Um sistema aberto é o que está preparado para se comunicar apenas com outro sistema fechado, usando regras padronizadas que regem o formato, o conteúdo e o significado das mensagens recebidas.
A confiabilidade em sistemas distribuídos não está relacionada às falhas de comunicação ou pela capacidade dos aplicativos em se recuperar quando tais falhas acontecem.
Os mecanismos da Internet não foram adaptados para suportar mobilidade.
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54 99956-3050
Introdução ao GNSS Sistema Global de PosicionamentoGeraldoGouveia2
Este arquivo descreve sobre o GNSS - Globas NavigationSatellite System falando sobre os sistemas de satélites globais e explicando suas características
O presente trabalho consiste em realizar um estudo de caso de um transportador horizontal contínuo com correia plana utilizado em uma empresa do ramo alimentício, a generalização é feita em reserva do setor, condições técnicas e culturais da organização
AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL INDÚSTRIA E TRANSFORMAÇÃO DIGITAL ...Consultoria Acadêmica
“O processo de inovação envolve a geração de ideias para desenvolver projetos que podem ser testados e implementados na empresa, nesse sentido, uma empresa pode escolher entre inovação aberta ou inovação fechada” (Carvalho, 2024, p.17).
CARVALHO, Maria Fernanda Francelin. Estudo contemporâneo e transversal: indústria e transformação digital. Florianópolis, SC: Arqué, 2024.
Com base no exposto e nos conteúdos estudados na disciplina, analise as afirmativas a seguir:
I - A inovação aberta envolve a colaboração com outras empresas ou parceiros externos para impulsionar ainovação.
II – A inovação aberta é o modelo tradicional, em que a empresa conduz todo o processo internamente,desde pesquisa e desenvolvimento até a comercialização do produto.
III – A inovação fechada é realizada inteiramente com recursos internos da empresa, garantindo o sigilo dasinformações e conhecimento exclusivo para uso interno.
IV – O processo que envolve a colaboração com profissionais de outras empresas, reunindo diversasperspectivas e conhecimentos, trata-se de inovação fechada.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I e III, apenas.
I, III e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
Entre em contato conosco
54 99956-3050
Os nanomateriais são materiais com dimensões na escala nanométrica, apresentando propriedades únicas devido ao seu tamanho reduzido. Eles são amplamente explorados em áreas como eletrônica, medicina e energia, promovendo avanços tecnológicos e aplicações inovadoras.
Sobre os nanomateriais, analise as afirmativas a seguir:
-6
I. Os nanomateriais são aqueles que estão na escala manométrica, ou seja, 10 do metro.
II. O Fumo negro é um exemplo de nanomaterial.
III. Os nanotubos de carbono e o grafeno são exemplos de nanomateriais, e possuem apenas carbono emsua composição.
IV. O fulereno é um exemplo de nanomaterial que possuí carbono e silício em sua composição.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I, II e III, apenas.
I, II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL ENGENHARIA DA SUSTENTABILIDADE UNIC...Consultoria Acadêmica
Os termos "sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" só ganharam repercussão mundial com a realização da Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento (CNUMAD), conhecida como Rio 92. O encontro reuniu 179 representantes de países e estabeleceu de vez a pauta ambiental no cenário mundial. Outra mudança de paradigma foi a responsabilidade que os países desenvolvidos têm para um planeta mais sustentável, como planos de redução da emissão de poluentes e investimento de recursos para que os países pobres degradem menos. Atualmente, os termos
"sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" fazem parte da agenda e do compromisso de todos os países e organizações que pensam no futuro e estão preocupados com a preservação da vida dos seres vivos.
Elaborado pelo professor, 2023.
Diante do contexto apresentado, assinale a alternativa correta sobre a definição de desenvolvimento sustentável:
ALTERNATIVAS
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.
Desenvolvimento sustantável é o desenvolvimento que supre as necessidades momentâneas das pessoas.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento incapaz de garantir o atendimento das necessidades da geração futura.
Desenvolvimento sustentável é um modelo de desenvolvimento econômico, social e político que esteja contraposto ao meio ambiente.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração anterior, comprometendo a capacidade de atender às necessidades das futuras gerações.
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Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificaçãocaduelaia
Apresentação completa sobre origem da madeira até os critérios de dimensionamento de acordo com as normas de mercado. Nesse material tem as formas e regras de dimensionamento
Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificação
2758-Article
1. Fabricação e Controle de Um Levitador
Pneumático Duplo Reverso Acoplado ?
Rafael Pissinati de Souza ∗
Sérgio Paulo Neves dos Santos ∗∗
Luiz Medeiros Barros ∗∗∗
Fernando Gromiko Helena ∗∗∗∗
José Diogo Forte de Oliveira Luna †
∗
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia –
Campus Porto Velho Calama, (rafaelpissinati@gmail.com).
∗∗
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia –
Campus Porto Velho Calama, (sergio2020pvh@gmail.com)
∗∗∗
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia –
Campus Porto Velho Calama, (luizbarrospvh@hotmail.com)
∗∗∗∗
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia
– Campus Porto Velho Calama, (fernando.helena@ifro.edu.br)
†
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia –
Campus Porto Velho Calama, (jose.luna@ifro.edu.br)
Abstract: Air levitation devices have been employed for teaching and research in control theory.
Its nonlinear and integrative dynamics impose a sufficient challenge to generate learning and
enable validation of control techniques. While the literature has focused on a single levitator,
the present work seeks to investigate a double air levitation device, which consists of two
interconnected single levitators, so that the action of one fan interferes with the other. The
production of the double device is detailed and, in order to demonstrate the functionality
of the device, two controllers were implemented using an Arduino board. In particular, the
difference between a decentralized and a decoupling control was investigated. The study found
that given a significant coupling of the system, the use of a decoupler is responsible for a
significant improvement in the responses of the system, thus showing the value of the device
for the study of control techniques for multivariable systems. Furthermore, all of the files and
procedures for reproducing the module are available, to support an open science approach of
control theory.
Resumo: Levitadores pneumáticos são dispositivos largamente utilizados para ensino e pesquisa
na teoria de controle. Sua dinâmica não-linear e integradora impõe um desafio suficiente para
gerar aprendizado e possibilitar a validação de técnicas de controle. Enquanto a literatura tem
se debruçado sobre um levitador singelo, o presente trabalho busca ampliar o campo de estudos
dos levitadores trazendo um módulo didático duplo, o qual é constituı́do por dois levitadores
singelos interligados, de modo que a atuação de um ventilador interfira no outro. Sua fabricação
é detalhada e, de modo a demonstrar a funcionalidade do dispositivo, implementa-se dois
controladores utilizando uma plataforma Arduino. Em particular, investigou-se a diferença entre
dois controladores PI descentralizados e com o uso de desacoplador. O estudo constatou que
dado um acoplamento significativo do sistema, o uso de um desacoplador é responsável por uma
melhora significativa nas respostas do sistema, mostrando, assim, o valor do dispositivo para
o estudo de técnicas de controle para sistemas multivariáveis. Além disso, todos os métodos
necessários para reproduzir o módulo estão disponı́veis, afim de apoiar a ciência aberta.
Keywords: Pneumatic levitation device, decoupler, automatic control.
Palavras-chaves: Levitador pneumático, desacoplador, controle automático.
1. INTRODUÇÃO
A levitação pneumática é o processo pelo qual um objeto
é erguido sem suporte mecânico em uma posição estável,
provendo através de um fluxo de ar uma força para cima
que se contrapõe à força gravitacional exercida no objeto.
Utilizando esse princı́pio, os levitadores pneumáticos têm
? Os autores agradecem ao Instituto Federal de Rondônia pelo
financiamento através do Edital nº 19/2020/PVCAL.
sido uma planta didática para estudo de sistemas de con-
trole automático largamente utilizados no ensino de enge-
nharia. Em particular, tais sistemas apresentam dinâmicas
rápidas, que os tornam especialmente interessantes para
experimentos de laboratório de controle. Adicionalmente,
este tipo de sistema pode ser construı́do de forma relati-
vamente barata, em termos de custo e esforço, desde que
se esteja disposto a abrir mão de um pouco de exatidão no
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2. sistema, conforme Chacon et al. (2017). Um exemplo de
um levitador pneumático pode ser visto na Figura 1
Figura 1. Levitador pneumático modular open source
FloatShield. Fonte: Takács et al. (2020)
Na literatura, tais sistemas têm seu uso examinado, tanto
como uma plataforma didática para o ensino de teoria de
controle, quanto como um benchmark para leis de controle
avançadas, adaptativas e não-lineares Takács et al. (2020).
Em Escano et al. (2005), foi descrito um controle de
posição de um levitador pneumático, onde uma bolinha é
levitada por um soprador, de fluxo variável, controlado por
um driver de velocidade. O sistema foi utilizado como um
benchmark de estratégias de controle. No trabalho foram
comparados os desempenhos de controladores PID clássi-
cos, H-infinito robusto e fuzzy, incluindo experimentos de
rastreamento de referência e rejeição de distúrbios.
No trabalho de Caro e Quijano (2011), é discutida a
utilidade do experimento de levitação pneumática como
uma plataforma de ensino e pesquisa em controles clássicos
e avançados. Neste artigo, o experimento é modificado
utilizando uma componente horizontal. Questões fı́sicas e
do modelo dinâmico são analisadas. Foram ainda imple-
mentados um controle PID SISO e um controle fuzzy.
Em Rodrı́guez-Zalapa et al. (2014), o sistema é utilizado
com realimentação por visão computacional, mostrando as
virtudes do controle fuzzy em sistemas não-lineares com
incertezas, quando comparados com controladores PID
tradicionais.
Em Chacon et al. (2017), é apresentado um estudo so-
bre diferentes controladores PI não-lineares usando um
sistema de levitação pneumática para aplicar os estudos.
A comparação é feita com ı́ndices de desempenho bem
conhecidos na literatura, onde os dados extraı́dos do expe-
rimento são computados e os resultados mostram que as
modificações não-lineares podem ser úteis para compensar
as não-linearidades do processo.
No trabalho de Cholodowicz e Orlowski (2017) um levi-
tador pneumático de baixo custo foi apresentado como
uma ferramenta de ensino para engenharia de controle.
O sistema foi desenvolvido para demonstração em sala de
aula e práticas de laboratório, com um sistema simples,
composto de um Arduino Mega 2560, eletrônica barata e
estrutura montada em acrı́lico, metal e peças impressas em
3D. No experimento, o sistema foi identificado como um
simples integrador e foi controlado com um controle PID.
Já em Chaos et al. (2020), é proposto um controlador
chaveado robusto para um levitador pneumático com ca-
pacidade de medição limitada. É mostrado que a saı́da
do sistema é global e uniformemente limitada com um
limite arbitrariamente pequeno, através de simulações e
experimento prático da robustez do controlador à presença
de distúrbios e incertezas de modelo.
Em Takács et al. (2020), um levitador pneumático foi
construı́do para ser um shield Arduino, compatı́vel para
conexão direta na plataforma de prototipagem de sistemas
microcontrolados. O projeto faz parte de uma iniciativa
para o desenvolvimento de shields para Arduino de modo
que os estudantes tenham “um laboratório de controle na
palma da mão”. O hardware desenvolvido usa componentes
eletrônicos comuns e partes mecânicas impressas em 3D.
O software disponibilizado inclui códigos para o Arduino,
Matlab e Simulink.
Observando a literatura citada, bem como os demais
trabalhos que os autores tiveram acesso, verifica-se que
todos os levitadores pneumáticos seguem uma estrutura
muito semelhante de montagem, a qual conta com o motor
posicionado na parte inferior, soprando o ar para dentro do
tubo. Em Souza et al. (2020), foi apresentado o primeiro
levitador pneumático reverso, uma variação do levitador
pneumático convencional, onde o motor é posicionado na
parte superior do tubo, sugando o ar de dentro do tubo.
Neste trabalho foi discutida a modelagem do sistema e
mostrou-se que o problema de controle do levitador reverso
é equivalente ao do levitador convencional, abrindo assim
uma nova possibilidade de abordagem construtiva.
Objetivando construir uma planta didática capaz de ser
empregada no estudo e validação de técnicas de controle
multivariável, este trabalho propõe e apresenta a cons-
trução de um levitador pneumático reverso duplo, uma
expansão do trabalho anterior, com duas torres acopladas
pneumaticamente, de modo que um atuador interfira no
outro. Segundo o melhor conhecimento dos autores, este
problema ainda não foi tratado na literatura. Assim, se-
guindo os ideais da ciência aberta, o presente estudo irá
contribuir com a metodologia completa de construção do
módulo e, afim de validar sua eficiência, a aplicação de
duas técnicas de controle no sistema proposto.
Deste modo, o trabalho está estruturado como segue: na
seção de montagem é descrita a montagem de um protótipo
de um levitador duplo; na seção seguinte é discutida
a relevância do controle multivariável; na quarta seção,
resultados e discussão, examina-se os dados levantados
durante o experimento; finalmente, na última seção, são
traçadas conclusões sobre os achados.
2. MONTAGEM
Tendo por base os trabalhos apresentados na revisão bibli-
ográfica, foi desenvolvido no âmbito do Instituto Federal
de Educação Ciência e Tecnologia de Rondônia, Campus
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3. Porto Velho Calama, uma plataforma didática de levitador
pneumático duplo, conforme representado na Figura 2
Figura 2. Representação de montagem. (a) 50mm. (b)
48mm. (c) 40mm. (d) 500mm. (e) 200mm. (f) 40mm.
(g) 52mm. (h) 40mm. (i) 40mm. (j) 120mm. Fonte:
Autoria própria
O sistema desenvolvido teve como uma de suas prioridades
o baixo custo, portanto utilizou-se retalhos de chapas de
PS (poliestireno) e de acetato para compor sua estrutura,
porém, também se fez necessário o uso de algumas peças
impressas em impressora 3D usando filamento ABS. Os
tubos são feitos em acetato cristal enrolado em forma de
cilindro e colado com cola instantânea, de modo a possi-
bilitar a visualização do objeto flutuado, uma bolinha de
pingue-pongue em cada tubo. A base é feita com retalhos
de PS retangulares, alguns dos quais são enrolados para
formar uma base circular. A base é montada utilizando
cola instantânea. Para cada tubo, a fim de medir a altitude
da bolinha, é usado um sensor infravermelho 2y0a21 da
Sharp e como atuador, um motor DC com escovas para
modelismo. Cada motor é chaveado através de um tran-
sistor Vishay Siliconix MOSFET IRF540 e o controle é
embarcado em um Arduino, uma placa de prototipagem
de microcontrolador 8 bits de baixo custo. O acoplamento
pneumático entre as duas torres é realizado por meio
de uma peça impressa em ABS com o formato de ’H’
e, fabricado com o mesmo material, temos o suporte do
motor. Note-se que o soprador foi montado no topo da
coluna, sugando a bolinha de pingue-pongue, ao invés de
soprá-la, como visto comumente, e portanto, o sensor foi
montado, também, de forma inversa, colocado na base
do módulo. Na Figura 4 tem-se o acoplamento e o su-
porte do motor em detalhe. Os arquivos para a impressão
3D dos mesmos estão disponı́veis no link: https://www.
thingiverse.com/thing:4872347, de modo a facilitar a
reprodução do módulo. Na Figura 3 podemos observar o
sistema na fase final de montagem.
O circuito de controle de cada torre foi montado de acordo
com o esquemático da Figura 5. Nele é possı́vel observar
as conexões da fonte externa, do motor, das conexões
Figura 3. Sistema de levitação pneumática em fase de
montagem. Fonte: Autoria própria
Figura 4. Acoplamento mecânico (esquerda). Suporte do
motor (direita). Fonte: Autoria própria.
do sensor de altitude e do potenciômetro - que define o
SetPoint - com o Arduino. O conector 1 do borne Arduino
deve ser conectado ao GND da placa Arduino e também
está conectado a todos os GNDs do circuito. O conector 2
deve ser conectado a uma porta PWM do Arduino, pois é
por onde será enviado o sinal de controle do Arduino para o
motor. Esse terminal está conectado ao gate do MOSFET
que está em série com o motor, realizando o controle
através do sinal PWM que vem do Arduino. Conectado
à outra perna do motor estão a fonte e um capacitor,
que é responsável por reduzir as oscilações de tensão na
fonte . O conector 3 precisa ser conectado a uma entrada
analógica do Arduino, pois é aqui que será lido o sinal do
sensor. Na outra extremidade do circuito desse terminal
está conectado o sensor de altitude, e entre elas está um
filtro RC passa baixa, composto pelo capacitor C1 e o
resistor R1, com a frequência de corte de aproximadamente
16Hz. O conector 4 também deve ser conectado a uma
entrada analógica do Arduino, esse é o responsável por
determinar o SetPoint. No circuito, o terminal é conectado
ao potenciômetro RV1 que determina o valor do SetPoint
variando a tensão nesse terminal, que tem o capacitor
C3 associado em paralelo para garantir que o valor de
tensão seja mais estável. Por fim, o conector 5 deve ser
ligado à fonte de 5V direto do Arduino, pois esse conector
é responsável por alimentar o sensor de altitude, como
pode-se observar no circuito. Vale ressaltar que, apesar
de o Arduino ter sido escolhido para a realização dos
testes, o módulo didático não foi feito com o intuito de ser
utilizado exclusivamente com ele, muito pelo contrário, foi
projetado de modo a ser facilmente conectado a qualquer
outro microcontrolador que possua as saı́das e entradas
necessárias.
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4. Figura 5. Diagrama esquemático. Fonte: Autoria própria
Para realizar a medição foi necessário linearizar a saı́da do
sensor, obtendo uma função que converte o valor lido em
tensão para o inverso da distância que, conforme Figura 6,
é aproximadamente linear dentro da faixa de operação.
Figura 6. Resposta do sensor IR. Fonte: Datasheet 2y0a21.
Para encontrar a equação que descreve o comportamento
do sensor, foram coletados os valores de tensão para os
pontos 1/40cm e 1/10cm - do gráfico do inverso da distân-
cia - sendo 2, 333V e 0, 75V respectivamente. Partindo da
equação da reta (1), encontrou-se o valor de a através da
expressão (2).
Y = a · X + b (1)
a =
∆Y
∆X
=
Y2 − Y1
X2 − X1
=
2, 333 − 0, 75
0, 10 − 0, 025
= 21, 11 (2)
Para encontrar o valor de b, os valores de a e de um outro
ponto qualquer, foram substituı́dos na equação (1)
0, 75 = 21, 11 · 0, 025 + b
0, 75 − 21, 11 · 0, 025 = b
0, 22 = b
(3)
Com isso completou-se a equação (1), obtendo a equação
da reta que gera uma aproximação satisfatória, à resposta
do sensor, abrangendo toda a região que será utilizada.
Y = 21, 11 · X + 0, 22 (4)
De posse dessa equação, para se obter o valor da altitude
real, em cm, foi calculada a inversa do resultado. Na Figura
7.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
Altitude (1/cm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Tensão
(V)
Sensor
Equação
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Altitude (cm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Tensão
(V)
Sensor
Equação
Figura 7. Gráfico da equação em comparação com a
resposta real do sensor. Fonte: Autoria própria.
Considerando os materiais utilizados na montagem me-
cânica e da eletrônica necessária para a construção do
módulo, seu custo total de fabricação de aproximadamente
R$ 150,00. Este valor informado não considera custos de
mão de obra ou de operação dos equipamentos.
3. PROJETO DE CONTROLE
Nesta seção será apresentada a metodologia para o uso
básico do módulo didático apresentado, contemplando a
identificação através de resposta ao degrau, o projeto de
controle pelo método de sintonia SIMC (Simple Internal
Model Control) e o projeto do desacoplador do tipo feed-
foward.
Para encontrar as funções de transferência que descrevem
o sistema, foi empregado o método de identificação por
resposta ao degrau. Para tal, foi escolhido um ponto de
equilı́brio, para que as bolinhas fossem estabilizadas na
altura mı́nima. Depois de um perı́odo, foi aplicado um
degrau de 20% em uma das torres e foram registradas as
respostas. O mesmo procedimento foi realizado na torre
oposta. Nota-se que a resposta do sistema, em malha
aberta, tem caracterı́stica integradora: ao se aplicar um
degrau acima do equilı́brio, observa-se a bolinha subindo
até alcançar o limite superior, com velocidade aproxima-
damente constante. De posse dos dados, identificou-se o
sistema como um IPDT (integral plus dead-time) TITO
(two-input, two-output), onde cada elemento da matriz
função de transferência é dado por:
Gij(s) =
Kij
s
· e−Lij s
(5)
Onde K são os ganhos e L os atrasos de transporte. Os
subı́ndices i = 1,2 e j = 1,2 se referem às saı́das e entradas,
respectivamente. O valor de K foi determinado aplicando
os valores encontrados na curva da resposta ao degrau à
formula (6), enquanto o valor de L foi obtido graficamente.
K =
∆Y
∆U · ∆T
(6)
As funções de transferência obtidas foram:
G11(s) =
89, 81
s
· e−1,75s
, G12(s) =
42, 91
s
· e−1,75s
G21(s) =
47, 00
s
· e−1,75s
, G22(s) =
102, 50
s
· e−1,75s
(7)
A partir das funções de transferência identificadas, foi
possı́vel obter a matriz de ganhos relativos (RGA), que
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5. permite fazer inferências sobre o acoplamento do sistema.
Sabendo que para um sistema 2x2 o primeiro elemento da
RGA é dado por:
λ11(s) =
G11(s)G22(s)
G11(s)G22(s) − G12(s)G21(s)
(8)
e considerando que o tempo morto é igual em todos
os canais e que as quatro funções de transferência são
integradores, podemos obter a matriz abaixo:
Λ(s) =
1, 28 −0, 28
−0, 28 1, 28
, (9)
uma vez que a soma de cada linha e coluna da RGA
deve ser unitária. Deste modo, é indicada a existência de
acoplamento suficiente para sugerir a possibilidade do uso
de um desacoplador, afim de melhorar o desempenho do
sistema de controle.
De modo a se chegar em um controle de malha fechada,
o controlador primário foi projetado utilizando o método
SIMC (Simple Internal Model Control), através da regra
para sistemas IPDT (Skogestad, 2003). De posse dos mo-
delos da diagonal, G11 e G22 , foram projetados dois con-
troladores PI conforme prescrito no SIMC, encontrando o
Kc e o Ti do controlador utilizando as seguintes equações:
Kc =
1
k0
·
1
(τc + L)
, Ti = 4(τc + L), (10)
sendo k0
o ganho do processo, τc a constante de tempo de
malha fechada desejada e L o atraso de transporte.
Deste modo, temos:
C11 = KC11 ·
(Ti11 · s + 1)
(Ti11 · s)
, C22 = KC22 ·
(Ti22 · s + 1)
(Ti22 · s)
(11)
C11 = 0, 0135 ·
(18 · s + 1)
(18 · s)
, C22 = 0, 018 ·
(16 · s + 1)
(16 · s)
(12)
Implementando diretamente estes controladores, chega-se
em uma estrutura de controle descentralizada, apresentada
na Figura 8. No diagrama de blocos, R1 é o Setpoint da
torre da esquerda. Desse é subtraı́do o valor da altitude
da bolinha da torre da esquerda (Y1), resultando no valor
do erro (E1). O erro passa pelo controlador (C1), que
determina a potência do motor 1 (U1) que irá passar pela
planta (G11) e, ao ser somado com a influência vinda do
motor da outra torre (U2 · G12), resultará na altitude da
bolinha da torre 1. Influência essa que reforça a existência
do acoplamento encontrado na equação (9). A mesma
análise serve para a torre oposta.
De modo a promover o desacoplamento, foi escolhido um
feedforward do tipo:
Cij(s) =
−Gij(s)
Gii(s)
, (13)
onde Gij é uma função de transferência da diagonal
secundária e Gii é a função de transferência da diagonal
principal para a i-ézima saı́da. Uma vez que
Figura 8. Diagrama de blocos do sistema TITO com
controle descentralizado. Fonte: Autoria própria
Yi(s) = Gii(s)Ui(s) + Gij(s)Uj(s), (14)
onde Yi(s) é a saı́da i, um Ui(s) é o i-ézimo sinal de controle
e Uj(s) o j-ézimo sinal de controle. Assim, ambas as
manipuladas afetam cada umas das variáveis de processo.
Fazendo
Ui(s) = Cii(s)Ei(s) + Cij(s)Cjj(s)Ej(s), (15)
sendo Ei(s) o sinal do erro para a i-ézima saı́da e contabi-
lizando a segunda ação de controle, também, ter-se-á:
Yi(s) = Gii(s)Cii(s)Ei(s) + Gii(s)Cij(s)Cjj(s)Ej(s)
+Gij(s)Cjj(s)Ej(s) + Gij(s)Cji(s)Cii(s)Ei(s).
(16)
Assim, aplicando (13):
Yi(s) = Gii(s)Cii(s)Ei(s) − Gii(s)
Gij(s)
Gii(s)
Cjj(s)Ej(s)
+Gij(s)Cjj(s)Ej(s) − Gij(s)
Gji(s)
Gjj(s)
Cii(s)Ei(s).
(17)
Fazendo o cancelamento, tem-se a resposta desacoplada:
Yi(s) = (Gii(s) − Gij(s)
Gji(s)
Gjj(s)
)Cii(s)Ei(s), (18)
realizando, portanto, o desacoplamento.
Assim, no caso particular do levitador duplo, como para o
modelo identificado todos os atrasos são iguais e todas as
FTs são IPDTs, chega-se em desacopladores estáticos:
C12(s) = −0, 4773,
C21(s) = −0, 4586.
(19)
A Figura 9, portanto, apresenta o diagrama de blocos
completo do sistema. Ao analisar essa figura, deve-se rea-
lizar a mesma análise empregada na figura anterior, pois
a única diferença entre elas é o acréscimo dos desacopla-
dores (C12eC21), os quais tem como entrada uma ação
de controle e a saı́da ligada à outra, demonstrando o
funcionamento dos desacopladores.
Com os controladores projetados, os mesmos foram dis-
cretizados por Tustin e implementados em um Arduino
UNO. Este último ficou responsável por fazer a leitura dos
sensores, calcular as ações de controle e, por fim, entregá-
las à placa de controle através de sinal PWM.
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6. Figura 9. Diagrama de blocos com o sistema TITO com
controle dotado de desacoplador. Fonte: Autoria pró-
pria.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com a sintonia dos controladores PI, conseguiu-se uma
resposta capaz de rastrear o SetPoint e rejeitar pertur-
bações, porém bastante oscilante. Figura 10. Ao aplicar o
desacoplador, obteve-se uma resposta mais rápida e menos
oscilante. Figura 11
0 20 40 60 80 100 120
Altitude (cm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tempo
(s)
Altitude 1
Setpoint
0 20 40 60 80 100 120
Altitude (cm)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tempo
(s)
Altitude 2
Setpoint
Figura 10. Resposta do sistema com o controlador PI
descentralizado. Altitude 1: torre esquerda. Altitude
2: torre direita.
Reiterando, como o sistema é acoplado mecanicamente, a
ação de controle de cada atuador influencia no adjacente,
gerando um distúrbio que o atrapalha. No primeiro caso
(Figura 10) após o degrau no instante 0, o sistema os-
cila com uma amplitude decrescente até os 60 segundos,
quando ele oscila com uma amplitude limitada ao redor da
origem. Nota-se pela diferença de fase entre as respostas
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (s)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Altitude
(cm)
Altitude 1
Setpoint
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (s)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Altitude
(cm)
Altitude 2
Setpoint
Figura 11. Resposta do sistema com o desacoplador. Alti-
tude 1: torre esquerda. Altitude 2: torre direita.
Figura 12. Sinal de controle. Sinal 1: torre esquerda. Sinal
2: torre direita.
de ambas as torres que a oscilação remanescente é causada
pelo conflito entre os dois controladores. Já no segundo
caso (Figura 11) após o degrau no instante 0, o sistema
inicia seu regime transitório até os 40 segundos, quando ele
entra em regime permanente. Como nesse caso a influência
de um controlador no outro é mı́nima, o sobressinal do re-
gime transitório é maior, porém a amplitude das oscilações
em regime permanente são atenuadas significativamente,
como é indicado através das métricas de desempenho. A
(Figura 12) nos mostra que a saı́da do controlador não é
saturada em momento algum. Como métrica de desempe-
nho foram empregados o ISE (integral do erro quadrático)
e o ITAE (integral do valor absoluto do erro ponderado no
tempo) penaliza erros que persistem por longos perı́odos
de tempo.
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7. ISE1 ISE2 ITAE1 ITAE2
Caso I 2, 2390 · 103 1, 8128 · 103 1, 2017 · 107 8, 7041 · 106
Caso II 1, 1342 · 103 1, 5809 · 103 5, 2857 · 106 5, 0097 · 106
Tabela 1. Métricas de desempenho. Caso I:
controle PI descentralizado. Caso II: controle
com desacoplador.
O ISE gera uma penalidade maior para erros maiores,
uma vez que usa o erro ao quadrado. O ITAE penaliza
menos os erros do regime transitório e mais os do regime
permanente, já que multiplica o módulo do erro pelo
tempo.
pode-se observar na tabela 1 que em ambos os critérios de
desempenho, o controlador sem o desacoplador teve um
resultado pior. Para o primeiro critério, como o sistema
sem o desacoplador tem uma amplitude de oscilação -
em regime permanente - maior, sua penalização também
é maior que a do sistema desacoplado. Já no segundo
critério, que penaliza mais com o passar do tempo, como o
sistema com o desacoplador leva menos tempo para atingir
o regime permanente e tem amplitude menor, de oscilação,
é menos penalizado.
No link https://youtu.be/jnv6mZcNQ1o, também dispo-
nibilizado no código QR da Figura 13, pode-se visualizar
o funcionamento do sistema.
Figura 13. Vı́deo de funcionamento do sistema. Fonte:
Autoria própria
5. CONCLUSÕES
O presente trabalho foi pioneiro ao apresentar a construção
de um levitador pneumático reverso duplo acoplado, o
qual associa o recentemente abordado conceito de reversão
da estrutura, colocando o motor na parte superior da
planta, com o conceito não antes abordado de acoplamento
pneumático em levitadores. Com o intuito de possibilitar a
reprodução desta plataforma, examinou-se os componentes
utilizados, bem como os materiais da estrutura e suas
dimensões. Disponibilizou-se, igualmente, os arquivos para
a impressão 3D das peças cuja fabricação se tornaria mais
complexa com outra tecnologia, além do desenho 2D em
escala e o código Arduino utilizado. O custo aproximado
de montagem do protótipo foi de R$ 150,00, sendo este o
valor para sua montagem em Porto Velho, Rondônia, de
modo que o custo pode ser reduzido em outras regiões do
paı́s com maior disponibilidade de matéria prima.
De modo a demonstrar sua funcionalidade, este estudo
demonstrou a aplicação de dois controladores diferentes na
planta didática proposta. Através de ensaios, foi possı́vel
determinar a dinâmica do processo e projetar os controla-
dores PI, além dos desacopladores. Foi possı́vel, também,
observar a diferença na resposta do sistema com e sem o
uso dos desacopladores, bem como quantificá-la através de
critérios de desempenho, reafirmando as vantagens de se
usar um controle avançado em sistemas acoplados, sendo
esta uma das conclusões a ser observada em seu uso di-
dático, no ensino de controle multivariável, por exemplo.
Adicionalmente, além de sua utilidade para o ensino, é
possı́vel inferir que o protótipo se presta ao uso na pesquisa
em sistemas de controle multivariável, tendo em vista sua
simplicidade, baixo custo de produção e mobilidade, ao
mesmo tempo em que apresenta caracterı́sticas desafiado-
ras, que podem pôr a prova técnicas de controle.
Além disso, o dispositivo é construı́do de maneira modular,
de modo que pode ser desacoplado e utilizado separa-
damente, como dois levitadores singelos, sem a necessi-
dade de fabricação de nenhuma nova peça, possibilitando
utiliza-lo com o mesmo intuito dos levitadores citados na
revisão bibliográfica.
Em trabalhos futuros pretende-se realizar comparações
mais detalhadas entre diferentes técnicas de controle mul-
tivariável, explorar as diversas aplicações didáticas do
mesmo, analisar o impacto do uso desse módulo didático
no ensino de controle avançado, bem como a possibilidade
de construir um sistema triplo.
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