Mestrado em Automação e Controle de Processos

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Ferramenta computacional de supressão do sinal de atividade ventricular em eletrocardiograma
(IFSP, 13/04/2016) Paulo, Miriam Ferraz; Bock, Eduardo Guy Perpétuo
A Fibrilação Atrial (FA) é uma das doenças cardíacas mais comuns e atinge entre 1,5% a 2% da população geral. Ela ocorre quando há o surgimento de múltiplas frentes de onda vagando nos átrios com padrões de propagação diferentes, isto afeta os ventrículos, o batimento cardíaco torna-se irregular e, normalmente mais rápido. Assim, no lugar da onda P do eletrocardiograma (ECG), que representa a despolarização dos átrios, apresenta-se uma linha de base flutuante. Apesar dos sintomas como, palpitações, cansaço repentino, tontura, desconforto para respirar, o paciente consegue conviver com a doença. Mas, com o passar dos anos, isso pode acarretar complicações, como o tromboembolismo sistêmico, podendo causar um acidente vascular cerebral ou trombose. O diagnóstico da fibrilação atrial requer confirmação pelo registro de ECG. Como a atividade atrial ocorre de maneira independente da atividade ventricular um dos caminhos para analisar e caracterizar a fibrilação atrial é cancelar a atividade ventricular, com a finalidade de observar somente a atividade atrial, através da supressão do complexo QRS e da onda T. Como a onda P representa a contração dos átrios, ao observá-la é possível detectar a FA e quando for existente analisar seu comportamento. Este trabalho apresenta uma ferramenta que realiza a supressão da atividade ventricular a partir de sinais de ECG com FA. Obtendo somente o sinal atrial fibrilatório, com a intenção de auxiliar o médico a extrair informações clínicas úteis dessa doença que é tão complexa de ser interpretada. O trabalho apresenta uma ferramenta computacional que executa a supressão da atividade ventricular de sinais ECG contendo fibrilação atrial, utilizando o método de ABS (Average Beat Subtraction – Subtração da Média dos Batimentos). Para avaliar o desempenho do algoritmo foram usados sinais de ECG com fibrilação atrial simulada a partir de sinais de pacientes saudáveis do banco de dados de sinais fisiológicos Physionet (MIT-BIH Normal Sinus Rhythm) e sinais de pacientes com FA (MIT-BIH Arrhythmia Database e AF Termination Challenge Database). Os sinais atriais fibrilatórios foram avaliados com a análise de Fourier e o pico espectral dominante que segundo a literatura deve estar dentro da faixa de 4 a 9 Hz. O desenvolvimento do projeto foi feito no ambiente MATLAB R2012b, The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, United States. Os resultados foram satisfatórios e no futuro o algoritmo poderá ser utilizado em pacientes do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia fornecendo ECG real para validação do algoritmo.
Freio a disco automotivo com controle eletrônico para melhoria de eficiência na frenagem
(IFSP, 17/12/2013) Igosheff, Alexandre Vazzoler; Sousa, João Sinohara da Silva
Para sobrevivência no mundo globalizado, as empresas de veículos precisam constantemente melhorar sua competitividade, tanto em termos de aprimoramento tecnológico quanto para atender exigências em termos de segurança, custo e qualidade. Com relação aos sistemas de frenagem, pode-se constatar que ainda existem certas fragilidades nos freios dos veículos automotores dos dias de hoje. Essas fragilidades ficam expostas pela simples observância das inúmeras áreas de escape em serras e também pelos inúmeros acidentes causados por ineficiência no sistema de freio dos veículos. Assim, esse trabalho apresenta a proposição e desenvolvimento de um protótipo de sistema de freio a disco para testes, integração de controle eletrônico de temperatura e eliminação de filme de água nos discos para melhorar a eficiência dos freios e consequentemente, para maior segurança na condução de veículos automotores. O sistema de frenagem proposto deve ser facilmente integrável à eletrônica embarcada e à rede de comunicação dos veículos atuais. O projeto também apresenta possibilidades de aprimoramento de recursos para auxiliar a manutenção veicular preventiva e também para ser utilizado como ferramenta no próprio desenvolvimento de novos produtos. É interessante estabelecer que, embora a eletrônica embarcada tenha evoluído muito no decorrer dos anos, as soluções integradas para os freios não têm sido, até o momento, enfoque primordial entre os fabricantes de veículos. Nesse sentido, esse trabalho propõe soluções bastante práticas e promissoras para implantação nos veículos contemporâneos. Uma bancada de teste de freio a disco permitirá a execução de experimentos para a redução de temperatura e a remoção de água, onde uma simulação de comunicação em rede CAN permitirá diversas opções de controle.
Melhoria da automação no processo de dosagem industrial como ferramenta para o aumento da produtividade
(IFSP, 17/12/2013) Melconian, Sérgio Minas; Sousa, João Sinohara da Silva
A forte concorrência, os avanços tecnológicos e as constantes alterações no mercado obrigam cada vez mais as empresas de manufatura a investirem em máquinas e equipamentos com maior capacidade de produção, possibilidade de integração e transmissão de informações da produção de maneira rápida e confiável a fim de garantir a estabilidade dos processos e acelerar as tomadas de decisões que garantam a competitividade e sobrevivência das empresas. Assim, este trabalho tem como objetivo principal apresentar algumas soluções para melhoria da automação da balança de dosagem industrial modelo ESAP-500® fabricada pela empresa Tudela Ind. e Com. de Máquinas®. Para isso, uma nova planta industrial foi desenvolvida, sendo integrados ao processo de dosagem, novos sensores e atuadores, um transportador totalmente automatizado e um novo sistema de controle que foi desenvolvido e implementado por meio de um CLP que está ligado em rede Modbus com um sistema de supervisão de interface simples e amigável. O sistema de supervisão aplicado a planta foi desenvolvido no software Supervisório Elipse SCADA®, a fim de digitalizar, monitorar e armazenar as operações e variáveis do processo. Desenvolveu-se um estudo quantitativo e qualitativo de campo, fazendo-se a comparação do processo de dosagem original com os resultados obtidos nos ensaios realizados na planta industrial montada, pode-se comprovar a eficiência do projeto uma vez que se observam melhorias no sistema produtivo, como, a integração de processos e o aumento de produtividade.
Modelagem de um processo de especificação de equipamentos de telecomunicações utilizando Redes de Petri
(IFSP, 02/10/2014) Oliveira, Letícia Naresse Zambon de; Nakamoto, Francisco Yastami
O mercado de projetos de engenharia na área de telecomunicações é sazonal e tem grandes picos de produção associados a curtos prazos para atendimento das demandas de serviços. Consequentemente, necessita-se de produtividade elevada eum alto nível de qualidade dos serviços prestados, sendo inadmissível o retrabalho das atividades envolvidas na cadeia produtiva. Uma das principais atividades para instalação de equipamentos para as redes de telefonia celulares é a lista de materiais (LM) para instalação, que contempla todos os itens necessários para que se possa instalar o equipamento que é solicitado pelo cliente via contrato comercial. A qualidade da lista, considerando-se a especificação de cada item e a quantidade suficiente com previsão para possíveis imprevistos, influencia efetivamente o tempo de instalação e a qualidade do serviço prestado. Neste contexto, foram identificadas não conformidades no atendimento aos prazos de entrega devido a erros nas especificações, nas quantidades necessárias dos componentes requeridos no projeto ou devido a ambos os motivos. Através da experiência em projetos e entrevistas com os projetistas, foi possível verificar que seria de grande auxílio uma ferramenta que automatiza-se o processo de especificação de materiais, hoje realizadas manualmente, através de consultas de manuais e banco de dados individuais de cada projetista. Com estas informações, foi possível elaborar um banco de dados único, e assim com a modelagem através do Production Flow Schema (PFS) e o refinamento sucessivo, com as Redes de Petri (RdP), das possíveis soluções encontradas para cada local de instalação, desenvolveu-se uma ferramenta em planilha eletrônica (Microsoft Excel, 2010) automatizando esta tarefa. Os resultados foram positivos, pois além de alcançar o objetivo de padronização e melhoria da qualidade nas LM, houve uma diminuição de tempo de execução médio de 76,64%, e sem custos adicionais para a área, pois não foi necessário a utilização de software diferente dos já utilizados pela empresa, portanto sem aquisição de novas licenças.
Modelagem e controle de um quadrotor utilizando controlador Fuzzy
(IFSP, 2015) Farias, Rafael Vilhena de; Caporali, Alexandre Simião
Esta dissertação tem por objetivo a modelagem matemática e o controle de um VANT (veiculo aéreo não tripulado) de quatro hélices conhecido como quadrotor. Para isto o enfoque consiste no controle da inclinação utilizando um controlador fuzzy devido a imprecisões inerentes do modelo, focando no controle de sua inclinação. A modelagem matemática é feita para o corpo do quadrotor, separada entre modelagem estática, dinâmica e integrando ambas posteriormente. Para os propulsores, componentes responsáveis por manter o quadrotor em voo, é proposta a identificação do sistema com base em ensaios de entrada-saída, verificando o tempo de resposta dos motores e a relação indireta entre tensão aplicada e empuxo gerado. São efetuadas simulações em torno da estabilidade do sistema e comprovada a possibilidade da utilização de um controlador fuzzy para estabilizar o sistema. Finalmente, são utilizados um acelerômetro e um giroscópio tri axial para construção de um modelo para testes práticos, verificando a dificuldade na utilização destes quando o quadrotor tem seus propulsores ligados devido à vibração, desenvolvido sistema de fusão de sensores utilizando algoritmo com filtro de Kalman efetuando a fusão entre os sinais gerados pelos sensores inerciais e constatando o bom comportamento do filtro proposto.
Modelagem e controle de uma estrutura submetida a pertubações utilizando o efeito giroscópico
(IFSP, 17/10/2016) Silva, Vitor Moreira da; Sousa, João Sinohara da Silva
Este estudo mostra a modelagem e a construção de um sistema utilizado para o controle do movimento oscilatório de uma estrutura a partir do efeito giroscópico. Apresenta como problema de pesquisa a alteração da condição de estabilidade vertical de corpos suscetíveis a perturbações externas como, por exemplo, pode ser observado no movimento oscilatório de embarcações sob efeito do vento ou do mar agitado. Nesta medida, o giroscópio é um dispositivo capaz de atenuar os efeitos oscilatórios gerados a partir destas perturbações por meio de seu torque de precessão. Os experimentos realizados basearam-se na geração de distúrbios de torque a partir de uma transmissão mecânica acionada por um motor CC e acoplada à planta oscilatória, causando o seu deslocamento angular. O sistema eletrônico de controle e aquisição de dados foi constituído por uma unidade de medição inercial MPU6050, dois sensores potenciométricos e duas plataformas microcontroladas, uma dedicada à medição e processamento dos parâmetros e outra ao algoritmo do compensador de avanço de fase desenvolvido no ambiente de simulação por diagrama de blocos (Simulink®). O protótipo do giroscópio foi desenvolvido a partir de dois discos metálicos acoplados a um motor brushless operando com velocidade nominal de 9000rpm, tendo massa total próxima a 120g. Os resultados demonstraram que o sistema controlado em malha fechada foi capaz de atenuar a oscilação da estrutura e seu tempo de estabilização quando comparados às respostas oscilatórias da planta com o sistema desligado.
Modelo dinâmico de motores de indução como instrumento para o ensino de máquinas elétricas
(IFSP, 30/03/2017) Farias, André Tritiack de; Segatto, Ênio Carlos
Este trabalho tem como principal foco a implementação de um modelo dinâmico de um motor de indução trifásico. Neste sentido, tem como objetivo a utilização desse tipo de modelo no ensino de máquinas elétricas em cursos de graduação e pós-graduação. Para tanto, é apresentada uma abordagem acerca dos principais temas relacionados às máquinas rotativas, com especial relevo ao Motor de Indução Trifásico (MIT) e suas respectivas características. Tão logo, a partir da análise do circuito equivalente e criação de modelo matemático do MIT, o constructo teórico aqui proposto recai sobre o desenvolvimento do modelo dinâmico do conjunto no MATLAB/Simulink®. Cabe ressaltar que, por esse software apresentar um abundante conjunto de ferramentas de controle, torna-se possível a realização da modelagem e emulação do modelo proposto, dando condições, assim, que tal ambiente de simulação possa permitir aos estudantes dos cursos de Engenharia maior proximidade possível no concernente à realidade industrial. Deste modo, pretende-se obter resultados que permitam uma avaliação que busque a reflexão a respeito dos impactos positivos dos métodos atualmente propostos nos cursos de Engenharia e Tecnologia no que concerne a experiência de aprendizagem dos alunos em cursos voltados aos estudos de máquinas elétricas.
Novo sistema de geração de feixe pulsado de íons do acelerador de partículas do Instituto de Física da Universidade de São Paulo
(IFSP, 2013) Silva, Evandro Drigo da; Bock, Eduardo Guy Perpétuo
Foi proposta a substituição do sistema de feixe iônico pulsado do acelerador de partículas do Instituto de Física da Universidade de São Paulo baseado num sistema que utiliza tecnologia de Síntese Digital Direta como alternativa ao sistema baseado em tecnologia analógica da década de 70. Foi realizada a montagem de um novo circuito ressonante de potência, bem como os testes e ajustes necessários. Também foram realizados testes das características do amplificador de potência banda larga adquirido. Confirmaram-se uma maior estabilidade e a superior facilidade de sintonia do circuito proposto neste trabalho.
Otimização de uma central de controle de motores
(IFSP, 12/09/2017) Serafin, Vitor Matos; Campo, Alexandre Brincalepe
O trabalho apresenta o projeto de automação e controle de uma Central de Controle de Motores (CCM). O sistema desenvolvido é usado para controle do bombeamento de água sob pressão, para a alimentação de trocadores de calor industriais e máquinas termodinâmicas do centro técnico de pesquisa e desenvolvimento de motores diesel (BTC) da Cummins Brasil. A solução apresentada tem como objetivo o uso racional e sustentável dos recursos naturais, para economizar energia elétrica e reduzir o consumo de água do sistema. Estes objetivos podem ser atingidos por meio do controle do ciclo de trabalho (duty cycle) dos diversos motores elétricos da aplicação e do controle do setpoint de pressão e da vazão de água nominal do processo, de acordo com a demanda térmica solicitada pelo sistema. O sistema de controle projetado foi desenvolvido para atender à demanda de refrigeração térmica variável do processo. Ressalta-se que o consumo de água é proveniente, em sua maior parte, do arraste de partículas de água por meio dos ventiladores das torres de refrigeração, evaporação e drenagem do sistema. A planta do processo está descrita neste trabalho, onde ficam evidentes as melhorias implementadas no sistema e os resultados obtidos. Após o processamento dos dados, foi constatada uma redução de 40% no consumo de energia elétrica e de 28.8% em água.
Previsão de insolvência com redes neurais artificiais auto - organizáveis: estudo comparativo
(IFSP, 16/10/2013) Santos, Rodrigo Palaria dos; Barbosa, Paulo Roberto
Frente às alterações no cenário econômico a avaliação e o entendimento da situação econômica das empresas tornam-se fundamentais para os investidores e acionistas. Com a utilização de variáveis e índices extraídos dos demonstrativos contábeis foram desenvolvidos dois modelos de previsibilidade, sendo um utilizando os métodos convencionais (análise discriminante) e outro o não convencional (redes neurais artificiais auto-organizáveis). As empresas utilizadas no estudo declararam insolvência entre 2004 e 2012, e as empresas solventes foram selecionadas a partir do índice Ibovespa em 2012. Devido ao elevado número de variáveis disponíveis foi realizada a redução de dimensionalidade através da análise de componentes principais. Avaliando os resultados nota-se que os modelos neurais apresentam resultados superiores e mantêm a estabilidade por um período maior de tempo para a previsão de insolvência de empresas.
Projeto e implementação de sistema de controle de temperatura para esterilização de autoclave
(IFSP, 06/06/2016) Mello, Vinicius Franco de; Pires, Ricardo
Este trabalho apresenta um estudo sobre o controle da variabilidade e homogeneidade térmica espacial no processo de esterilização a vapor de uma autoclave, de uma determinada marca fabricante de equipamentos hospitalares. O objetivo é aperfeiçoar o controle do equipamento no processo de esterilização, para adequação às normas (ABNT NBR ISO 17665-1:2010; ABNT ISO/TS 17665-2:2013; ANVISA RDC 17 (2010); ANVISA RDC 15 (2012)). Estas normas tratam sobre requisitos de testes e limites máximos e mínimos de temperatura e homogeneidade térmica espacial na câmara, no processo de validação de esterilização a vapor, além de garantir a qualidade e melhoria de desempenho do processo. Para isso, controlou-se manualmente a ação da válvula de descarga em função da temperatura da câmara, durante a fase de aquecimento da autoclave, possibilitando, então, que todo o ar frio presente saísse, restando apenas vapor úmido saturado, alcançando a homogeneidade térmica espacial. Por fim, para reduzir a variabilidade térmica, foram utilizadas duas formas de controle de temperatura. A primeira com um controlador proporcional-integral (PI), que permitiu, através da sintonia dos seus parâmetros, controlar o sistema de forma satisfatória. Após sintonizar o PI e analisar a variável controlada, a segunda estratégia de controle consistiu em se identificar a função de transferência da planta, possibilitando projetar um compensador avanço de fase com polo na origem para o referido sistema, por método do Lugar das Raízes. Após análise e comparação das respostas obtidas, comprovou-se que a nova versão do sistema com o compensador de avanço de fase com polo na origem e com ajustes na válvula de descarga passou a respeitar as normas.
Proposta de controlador PID digital Fuzzy para controle de nível de um tanque em um processo de neutralização de PH
(IFSP, 30/10/2014) Silva, Rogério Luís Spagnolo da; Barbosa, Paulo Roberto
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova abordagem na aplicação do Controlador PID Digital Fuzzy para controle de nível de um tanque em um processo de neutralização de pH, que utiliza os controladores convencionais de Garcia (2006, 2008) e a curva de reação de Ziegler-Nichols (1942) para a sintonia dos controladores. A lógica fuzzy é caracterizada como um método de controle não convencional capaz de expressar de uma maneira sistemática quantidades imprecisas, vagas e mal definidas. No trabalho, a metodologia abordada é apresentada como uma variação de métodos existentes para aplicações em sistemas de primeira ordem e utiliza bibliotecas computacionais que acrescem funções fuzzy ao PAC (controlador programável de automação), caracterizando-o assim, como um controlador (proporcional, integral, derivativo) digital fuzzy. Os resultados mostraram que a aplicação da lógica fuzzy como um método de controle não-convencional na proposta do Controlador PID Digital Fuzzy aperfeiçoou os resultados dos controladores convencionais propostos por Garcia (2006, 2008) em um processo caracterizado pela alta não-linearidade, tempo de atraso e possuir um elemento final de controle não-linear. Para a referência de nível de 1m, o tempo de atraso (td) foi eliminado e o tempo de acomodação (ts) e sobressinal (Mp) reduziram, associando as vantagens da lógica fuzzy em não-linearidades à precisão de aproximação da referência garantida pelo controlador digital. Para a integração entre os ambientes computacionais Matlab/Simulink® e UnityPro® na execução do Controlador PID Digital Fuzzy em plataforma industrial com as mesmas características da planta-piloto, foi desenvolvida uma arquitetura de programa utilizando linguagem gráfica FBD (function block diagram) em conformidade à norma IEC61131-3.
Prototipagem de algoritmos para controle de cadeiras de rodas motorizadas utilizando arquitetura multiagente, simulador GAZEBO e MATLAB
(IFSP, 08/04/2016) Laranjeira, Luciano Ricardo Corrêa; Caporali, Alexandre Simião
Há uma tendência mundial no envelhecimento da população e a crescente demanda por cadeiras de rodas. O uso de cadeiras motorizadas requer uma série de cuidados (treinamento e indicação médica) para evitar acidentes. A complexidade envolvida em sua operação restringe sua ampla utilização por pessoas com alguma limitação de locomoção. Mesmo aqueles que possuem indicação de uso, passam por um período de treinamento e adaptação. Sistemas de controle que auxiliam ou automatizam a dirigibilidade de cadeiras de roda foram amplamente estudados neste trabalho. Eles abordam problemas variados como, por exemplo, colisão, tração, interpretação de linguagem natural e interação com o navegador (Joystick), utilizando-se de diferentes técnicas de controle como lógica Fuzzy, computação visual, análise de atividade cerebral (Brain Computer Interface), movimento da língua e vários tipos de sensores e estratégias. Entretanto muitos trabalhos são independentes e de difícil reprodução (necessita de hardware específico ou faltam informações). O surgimento de plataformas de desenvolvimento que promovem a reutilização de código, como o ROS, criou um ambiente favorável à troca de conhecimento entre pesquisadores e agilidade no desenvolvimento de controles complexos. Outra vantagem é a possibilidade de testar a solução em ambientes simulados. Este trabalho propõe o uso do ROS, simulador 3D GAZEBO e MATLAB para prototipagem rápida de algoritmos para controle de cadeira de rodas motorizadas com objetivo de explorar características que favoreçam o surgimento de equipamentos a preços mais acessíveis em países em desenvolvimento. Os resultados obtidos mostram que essa técnica é viável. Para se chegar a essa conclusão, testes foram realizados com uma cadeira de rodas virtual. Antes disso, porém, abordou-se o processo de instalação das ferramentas, a criação da cadeira de rodas motorizada virtual e o desenvolvimento de um algoritmo anticolisão utilizando MATLAB Simulink. Integrado a um sistema de controle proporcional, o algoritmo anticolisão processa dados de sensores sonar e, então, atua sobre os motores do veículo para impedir colisões.
Redes neurais artificiais para estimar rotação de um dispositivo de assistência ventricular
(IFSP, 30/03/2015) Silva, Marcelo Barboza; Bock, Eduardo Guy Perpétuo
Em 2014, foi batido o recorde de transplantes de coração no Brasil, mais de 300 pacientes receberam o órgão e saíram da fila. Mesmo assim, 259 pessoas ainda aguardavam um coração disponível. De acordo com estudos, 25% dos participantes desta fila chegarão a óbito antes de receber o órgão. Entretanto em todos esses casos o coração ainda funciona parcialmente, o que mostra que talvez não fosse necessário o transplante. Em alguns casos, uma máquina que auxilie o bombeamento de sangue é o suficiente para que o paciente aguarde a cirurgia ou se recupere. Foi pensando desta maneira que o Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) foi desenvolvido. Seu funcionamento em conjunto com o coração diminui o trabalho mecânico do miocárdio para o bombeamento do sangue. Entretanto, observou-se o surgimento de estenose na válvula aórtica nos pacientes assistidos. Isto ocorre porque com auxílio mecânico, essa válvula não funciona corretamente. Um campo de pesquisa ainda em desenvolvimento dos órgãos artificias é o controle. O funcionamento natural dos órgãos humanos tem diversos processos fisiológicos que realizam o controle das suas funções. Muitos processos são desconhecidos, inclusive. A frequência cardíaca (FC), por exemplo, depende da pressão arterial, das atividades físicas e até das emoções. O objetivo deste trabalho é propor o controle da velocidade do motor de um DAV, a Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI), através de um controle similar ao natural. Ao considerar a FC como um dado de entrada do controlador, diversas entradas serão consideradas. Tomando-se o funcionamento dos DAVs, cada pessoa apresenta variações nos parâmetros fisiológicos cardiovasculares. Acredita-se, portanto, que a utilização de inteligência artificial possa suprir as necessidades de um controle mais próximo do fisiológico. Durante a metodologia foi proposta uma rotina que analisa o eletrocardiograma (ECG) em tempo real, calcula a FC e, através de redes neurais artificiais (RNA), estima a rotação do motor do DAV. A rotação estimada e consequentemente o fluxo de sangue é proporcional à FC e ocorre de maneira a garantir o correto funcionamento da válvula aórtica. Os aplicativos em Matlab foram desenvolvidos seguindo esta rotina e testados em dezesseis ECGs do Banco de pacientes com insuficiência cardíaca do Physionet. Os resultados apresentados em simulações realizadas em Simulink foram considerados satisfatórios. Foi concluído que a estratégia de controle de um DAV deve evitar a estenose da válvula aórtica e levar em consideração a FC. Os resultados também demonstraram que este controle pode ser feito com RNA. Testes in vitro, melhorias na rotina e melhorias nos aplicativos serão conduzidos futuramente.
Renovação de células automatizadas aplicadas à vedação e proteção contra batida de pedras na lataria de veículos.
(IFSP, 23/06/2015) Rosa, Railson Borba da; Sousa, João Sinohara da Silva
As montadoras de automóveis têm tradição em automatizar seus processos buscando maior produtividade, qualidade, flexibilidade e melhorias das condições ergonômicas de operação. Dentre as várias etapas produtivas em uma fábrica desse ramo, as atividades de vedação e de proteção contra batidas de pedras nas carrocerias de veículos são responsáveis pela exposição dos operadores a posturas inadequadas por tempo prolongado. Por isso utiliza-se robôs nessas atividades, buscando, com a evolução das tecnologias e dos recursos disponíveis, minimizar o tempo de operação manual nessas condições. Este trabalho analisa a renovação da automação de três células responsáveis pelos processos de vedação e proteção contra batida de pedra, com aumento de capacidade, flexibilização através da adição de novos modelos, implementação de melhorias ergonômicas e redução de consumo de material.
Simulação computacional de Controladores Fuzzy em sistemas de ar condicionado
(IFSP, 12/11/2013) Silva, Felipe Nascimento; Barbosa, Paulo Roberto
O controle de temperatura de um ambiente fechado nos dias atuais apresenta relevante papel na produtividade, seja ela oriunda do trabalho humano ou da operação de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos. Ambientes com conforto térmico e qualidade de ar são indicados para promover atividades físicas ou intelectuais. Para máquinas e equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos, o controle de temperatura busca proporcionar ambientes adequados para a operação, diminuindo índices de falha decorrente do sobreaquecimento. Este trabalho está inserido no contexto de modelos que visam descrever a operação de sistemas de ar condicionado com o volume de ar insuflado no ambiente constante. A modelagem do sistema de ar condicionado deve conter parâmetros controláveis, como a vazão de ar necessária para manter a temperatura do ambiente constante, controle da carga térmica ou distúrbios que podem ocorrer no ambiente. A partir de parâmetros de um modelo obtido na literatura técnica da área, este trabalho propõe o desenvolvimento de um controlador baseado na lógica fuzzy, que tem por característica a facilidade no tratamento de várias variáveis simultaneamente. O modelo simulado foi inspirado no sistema de ar condicionado instalado no ambulatório do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina – Universidade de São Paulo. O controlador proposto tem múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), onde as entradas são a temperatura da zona a ser controlada, a temperatura do ambiente externo e também a temperatura de ajuste definida pelo usuário. As saídas do controlador são usadas para controlar as válvulas de fluxo dos fluidos para os sistemas de aquecimento e refrigeração e o ajuste da renovação de ar. A principal vantagem da tecnologia do controlador proposto é a versatilidade em ambientes onde as condições de temperatura apresentam muitas variações. Além disso, os resultados do controlador aplicado ao modelo demonstram rápidas respostas diante de perturbações e desempenho superior quando comparado com técnicas convencionais como o controlador PID, abrindo caminho para aplicações práticas.
Simulação de controle em aplicação de estímulo elétrico funcional
(IFSP, 11/03/2014) Garcia, Douglas Canone; Aguiar, Paulo Marcos de
Através do uso do Musculoskeletal Modeling Software (MSMS) em conjunto com Matlab – Simulink, desenvolveu-se uma ferramenta denominada Modelo de Controle e Simulação Musculoesquelética (MCSM), que permite simular um gerador de estímulo elétrico em conjunto com um controlador PID, atuando sobre um modelo musculoesquelético simulado por computador. Sendo assim, é possível simular a resposta muscular a um estímulo elétrico, contribuindo para reduzir o uso de seres humanos em etapas preliminares do desenvolvimento de órteses de estímulo elétrico funcional (FES), como exemplo de aplicação, simula-se uma órtese FES que atua sobre os músculos do bíceps e do tríceps para alcançar o posicionamento angular do braço em relação ao antebraço de uma pessoa. São explorados conceitos importantes sobre ativação muscular provocada por impulso elétrico, suas aplicações e limitações, permitindo compreender detalhes do desenvolvimento do MCSM através da aplicação proposta, onde o braço simulado é posicionado em vários ângulos diferentes simulando uma movimentação que garanta certo grau de independência a pacientes que sofram de limitações motoras, valorizando a movimentação mais que sua execução harmoniosa. Para alcançar esse resultado, os ganhos do controlador PID foram obtidos através do métodos experimental proposto por Ziegler–Nichols fazendo uso de dois critérios de cálculos, permitindo determinar a melhor abordagem para sintonia dos ganhos PID resultando em um comportamento mais realista para o MCSM. A partir dos testes realizados para ângulos de posicionamento predefinidos, gerou-se curvas de tendência para os ganhos PID, onde supõe-se que a variação de ganhos entre pontos conhecidos possa ser representada através de uma reta, o que permite calcular o valor dos ganhos em posições angulares intermediárias, através da simples interpolação dos pontos conhecidos. Essa tratativa contribui para o desenvolvimento de um controlador de sintonia automática dos ganhos PID, em ângulos intermediários partindo de ângulos predefinidos. Verificou-se que um critério de cálculo não convencional dos ganhos PID para o método de Ziegler–Nichols permite uma movimentação mais coerente com o conceito de funcionalidade esperado para uma órtese FES, gerando contribuição significativa para o desenvolvimento de dispositivos biomecânicos, que permitam maior independência motora, a pacientes com restrição de movimento e boa integridade muscular.
Simulação e controle de um LEVMAG numa plataforma gráfica de desenvolvimento (LabVIEW)
(IFSP, 13/03/2013) Rech, Evandro; Campo, Alexandre Brincalepe
Este trabalho apresenta as etapas e critérios adotados para a construção e simulação de um regulador linear quadrático (RLQ) para um LEVMAG (Levitador Magnético) no programa LabVIEWTM, assim como sua posterior utilização em um microcontrolador. LEVMAGs se aplicam em situações em que é necessária a eliminação do atrito por contato, das quais se podem citar os motores com mancal magnético e trens LEVMAG de alta velocidade. A instabilidade em malha aberta e as não linearidades presentes neste tipo de planta possibilitam o estudo de uma série de técnicas de controle e sua discretização para uso em microcontroladores. O protótipo LEVMAG construído para este trabalho possui uma estrutura simples, a qual pode ser reproduzida para estudo em outros trabalhos. A etapa potência constitui-se de um circuito de acionamento chaveado, controlado por PWM (Modulação por largura de pulso — Pulse- Width Modulation). A medição dos sinais de posição e corrente elétrica do LEVMAG é feita por sensores de efeito hall dedicados para cada função. A malha de controle é fechada através da placa EK-LM3S8962, a qual possibilita a programação de um microcontrolador através da linguagem gráfica do LabVIEWTM. O modelo matemático do LEVMAG é obtido, linearizado e parametrizado para a construção do controlador RLQ, a qual é feita de forma iterativa. Os critérios fixos de projeto do controlador são o limite de operação do circuito de acionamento e resposta sem sobressinal. Para avaliação do controlador, utilizam-se as funções não lineares que descrevem o LEVMAG e elaboram-se blocos configuráveis para sua simulação no módulo Control Design and Simulation do LabVIEWTM. O simulador é desenvolvido para utilizar o mesmo algoritmo de controle a ser embarcado na placa EK-LM3S8962, dessa forma os recursos da simulação serão os mesmos do ensaio prático. Nas simulações avalia-se a resposta transitória do sistema ao variar a posição de referência. No ensaio prático também se analisa a resposta transitória para validação das simulações realizadas. Os resultados obtidos demonstram que ainda há pequenas diferenças entre a operação no simulador e a prática, entretanto há informações na simulação suficientes para avaliar como será a operação do LEVMAG na prática, como sua faixa efetiva de controle. Ao final do trabalho, apontam-se diversas possibilidades de trabalhos futuros, envolvendo modificações físicas da planta, co-simulação entre os programas MultisimTM e LabVIEWTM, utilização de circuitos de acionamento integrados e avaliação de outras técnicas de controle.
Simulador de processos industriais aplicado ao ensino da teoria de controle de processos industriais
(IFSP, 18/09/2017) Francisco, Marcos Salazar; Campo, Alexandre Brincalepe
Este projeto consiste na elaboração de um simulador de processos embarcado em um hardware, que recebe os sinais de um controlador lógico programável (CLP). Ele tem a finalidade de simular uma resposta dinâmica de um processo e enviar os sinais para as entradas do CLP, fechando a malha de controle. O simulador é implementado num Arduino Due e interligado num CLP Stardom da Yokogawa, através de sinais analógicos. Esse trabalho também apresenta a modelagem de uma planta didática de processo industrial e a sua implementação no Arduino, incluindo as principais não-linearidades presentes no processo real. Isso possibilita utilizar um equipamento de baixo custo para execução das principais experiências que são realizadas durante o ensino da teoria básica de controle de processos industriais. Esse simulador também permite a elaboração de estratégias especiais de controle, tais como: controle em cascata, controle com restrições (override), controle de razão e controle antecipatório. Além disso, a execução das malhas de controle é realizada num CLP real, permitindo o uso do mesmo software, utilizado na indústria. Alguns exemplos de malhas de controle são implementados na planta didática original e no simulador, de forma que os resultados possam ser comparados. Isso colabora para a comprovação da similaridade entre as respostas da planta original e do simulador. Por fim, esse sistema deve permitir o projeto de laboratórios para o ensino dos conceitos básicos da teoria de controle, sem a necessidade de compra de pequenas plantas didáticas para simular os processos industriais.
Sistema de identificação de falhas em escadas rolantes utilizando redes neurais artificiais
(IFSP, 05/10/2015) Alves, Alessandro Lins; Caporali, Alexandre Simião
Escadas Rolantes são importantes meios de locomoção dentro de sistemas metro-ferroviários. Em caso de falhas, elas podem parar bruscamente, podendo gerar graves acidentes. Desta forma, é fundamental que a detecção das falhas neste equipamento ocorra de forma correta. O objetivo deste trabalho é diminuir a incidência de paradas desnecessárias nas escadas rolantes, evitando assim graves acidentes, transtornos aos usuários e também diminuindo custos com manutenção. Para isto, foi desenvolvido um dispositivo de baixo custo para captar os dados vibracionais de uma escada rolante. De posse destes dados, foi realizado um estudo de viabilidade da utilização de uma rede neural artificial do tipo mapa auto-organizável, para que estes dados fossem classificados corretamente e com isto o sistema pudesse diferenciar uma falha real de uma falsa falha em uma escada rolante. O modelo proposto obteve 77,67% de acerto na classificação das falhas, em relação a outros tipos de sinais provenientes da vibração das escadas rolantes.

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