O presente trabalho trata da modelagem matemática e do controle de um atuador pneumático através de tratamentos teóricos, simulações numéricas e testes experimentais. Os atuadores pneumáticos são limpos, de baixo custo, manutenção fácil e de boa relação peso/potência. Entretanto, há muitas dificuldades no controle clássico linear de atuadores pneumáticos, causadas pela compressibilidade do ar, pela relação não linear da vazão nos orifícios da seroválvula de controle e pelo atrito nos atuadores. A modelagem matemática através da descrição das características do atuador pneumático é importante no projeto de algoritmos de controle e pode ser útil para fins de simulação e de análise do comportamento dinâmico. Neste trabalho é feito um levantamento dos modelos matemáticos utilizados em acionamentos pneumáticos disponíveis na literatura e, a partir disso, adota-se um modelo não linear de 3ª ordem com o objetivo de facilitar a síntese e a implementação de uma estratégia de controle de sistemas não lineares. Com base no modelo não linear adotado, formula-se o projeto do controlador através de uma metodologia testada com sucesso em sistemas caóticos, mas ainda não utilizada em atuadores pneumáticos. A não linearidade de zona morta da servoválvula mostrou-se prejudicial ao desempenho do controlador e foi compensada através da inversa de seu modelo parametrizado. Os parâmetros da zona morta são identificados a partir da análise da dinâmica das pressões nos orifícios de saída da válvula. Os resultados das simulações numéricas e dos testes experimentais ilustram a eficácia e a simplicidade de implementação desta estratégia de controle em atuadores pneumáticos. A estratégia de controle proposta foi também aplicada em um robô cartesiano acionado pneumaticamente na realização de tarefas de escovação de painéis metálicos na indústria. Para aplicações que exigem maior precisão de posicionamento, sugere-se a adoção de modelos matemáticos que representem com maior fidelidade algumas características não lineares tais como a dinâmica do atrito.

O presente trabalho trata da modelagem matemática e do controle de um atuador hidráulico constituído por uma válvula direcional de controle proporcional simétrica e um cilindro de dupla haste. O uso da hidráulica em acionamentos tem como vantagens a capacidade de desenvolver forças elevadas em relação ao seu tamanho ou peso, e também de produzir respostas rápidas aos comandos de partidas, paradas ou inversões de velocidade sem danos às partes mecânicas. Os atuadores hidráulicos têm grande aplicação nas indústrias, em equipamentos agrícolas, equipamentos de manuseio e transporte de materiais, equipamentos de mineração, manufatura, siderurgia, metalurgia, aviação, marinha e lazer. Porém existem características não lineares no comportamento dinâmico dos atuadores hidráulicos, que dificultam seu controle. Dentre elas, é importante citar as dinâmicas pouco amortecidas, a dificuldade de obtenção dos parâmetros do sistema, a não linearidade de zona morta nas válvulas direcionais de controle, o comportamento não linear das vazões nos orifícios de passagem e o atrito no atuador hidráulico. Para a descrição do comportamento dinâmico do atuador hidráulico é utilizado um modelo matemático não linear de 4ª ordem, sendo interpretado como dois subsistemas interconectados: um subsistema mecânico acionado por um subsistema hidráulico. Adotando esta interpretação, é proposto um controlador em cascata para o atuador hidráulico. A idéia deste controlador consiste em projetar uma lei de controle (força hidráulica desejada) para o subsistema mecânico, onde a saída siga a trajetória desejada o mais próximo possível, e então projetar uma lei de controle para o subsistema hidráulico, tal que este gere como resposta a força hidráulica necessária. Para o projeto da lei de controle do subsistema mecânico é utilizada uma metodologia de controle ótimo já testada com sucesso em sistemas caóticos e sistemas de atuação pneumática, porém ainda não aplicada para atuadores hidráulicos. Os resultados obtidos da simulação computacional ilustram as características do controle proposto.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática da vazão mássica de uma servoválvula pneumática e sua aplicação no controle de um servoposicionador pneumático. A modelagem matemática de sistemas dinâmicos é importante no projeto de máquinas inteligentes, pois é utilizada para fins de simulação, de projeto de controladores e no estudo do comportamento das variáveis de estado do sistema. Os servoposicionadores pneumáticos são limpos e baratos quando comparados com os servoposicionadores hidráulicos, possuem uma boa relação peso/potência e são de fácil instalação quando comparados com os elétricos. Entretanto, possuem dificuldades de controle devido a diversas características não lineares do sistema, tais como a compressibilidade do ar, o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da servoválvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro, sendo o objeto deste estudo a dinâmica da vazão mássica através dos orifícios de passagem do ar da servoválvula. Os servoposicionadores podem ser usados, por exemplo, na indústria metal mecânica, na área médica, com construção de mãos e pernas mecânicas e em veículos pesados como caminhões e ônibus, no sistema de freios a ar. Tem-se uma nova proposta para a dinâmica da vazão mássica através dos orifícios da servoválvula, que se dá a partir do levantamento de dados experimentais para as pressões em função do tempo. Como resultados, tem-se uma nova equação da vazão que facilitará a implementação do projeto do controle de servoposicionadores pneumáticos, e que foi implementada em um modelo matemático de 4ª ordem escrito na forma de variáveis de estados adequado ao projeto ótimo de controladores, onde está incluída a dinâmica da vazão nos orifícios da servoválvula, dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro e também o movimento do êmbolo do cilindro. Esse modelo é escrito na forma em cascata com dois subsistemas: um subsistema mecânico acionado por um subsistema pneumático. Com base neste modelo, formula-se o projeto do controlador, onde para o subsistema mecânico, propõe-se a metodologia de controle ótimo por realimentação para sistemas não lineares. Os resultados obtidos na validação experimental em malha aberta e nas simulações numéricas do controle ilustram, respectivamente, as características do modelo e do controle em cascata proposto.

O presente trabalho expõe a modelagem matemática da dinâmica do atrito e sua aplicação no projeto de controle ótimo de um atuador hidráulico. Os atuadores hidráulicos são amplamente utilizados em indústrias, equipamentos agrícolas, equipamentos de manuseio e transporte de materiais, mineração, siderurgia, metalurgia, aviação, marinha, lazer, porém exibem diversas características não lineares. Entre elas, destacam-se as dinâmicas pouco amortecidas, a dificuldade de obtenção dos parâmetros do sistema, a não linearidade de zona morta nas válvulas direcionais de controle, o comportamento não linear das vazões nos orifícios de passagem e o atrito no atuador hidráulico. O atrito considerado neste trabalho é descrito através do modelo LuGre. O atuador modelado é composto por uma válvula direcional de controle proporcional simétrica e um cilindro hidráulico de dupla haste, que, com a inclusão do atrito, resulta num modelo de 5ª ordem. Este é interpretado como dois subsistemas interconectados: um subsistema mecânico acionado por um subsistema hidráulico. Com esta interpretação, é proposto um controlador em cascata para o atuador hidráulico. Tendo em vista a compensação do atrito, no controle do subsistema mecânico, é implementado um observador de atrito. É realizada a validação experimental do modelo e os resultados obtidos ilustram o bom desempenho do modelo adotado. O controle em cascata proposto também apresenta resultados relevantes de seguimento de trajetória e de inversão de movimento. A análise de estabilidade foi desenvolvida pelo método direto de Lyapunov. A simulação computacional foi implementada através de diagramas de blocos da biblioteca Simulink, do software MATLAB®. Os resultados de simulação ilustram a eficiência do controle em cascata com compensação de atrito.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática das principais características não lineares de atuadores pneumáticos e sua aplicação na simulação do comportamento dinâmico, na escolha das características geométricas adequadas e na definição da estratégia de controle de um servoposicionador pneumático para dada aplicação de engenharia. A modelagem matemática de sistemas dinâmicos é importante no projeto de máquinas inteligentes, pois é utilizada para fins de simulação, de projeto de controladores e no estudo do comportamento das variáveis de estado do sistema. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e possuem as seguintes vantagens: manutenção simples e fácil, baixo custo, boa relação força/tamanho e flexibilidade de instalação. Porém, algumas características de comportamento dinâmico dificultam seu controle: a compressibilidade do ar, a relação não linear da vazão nos orifícios da servoválvula de controle e o atrito nos atuadores. Para a descrição do comportamento dinâmico do atuador pneumático é utilizado um modelo matemático não linear de 5ª ordem, que apresenta a combinação do modelo da servoválvula com a do cilindro, e inclui a não linearidade da zona morta, da vazão nos orifícios da servoválvula, a dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro e movimento do êmbolo do cilindro, que considera o atrito dinâmico. Com a finalidade de determinar quais características físicas dos atuadores pneumáticos contribuem para um melhor comportamento dinâmico do sistema, é feito um estudo comparativo da influência do tamanho do cilindro no comportamento dinâmico do modelo não linear. O modelo matemático adotado pode ser escrito na forma de cascata como dois subsistemas: um subsistema mecânico acionado por um subsistema pneumático. Com base nesta divisão, pode-se formular o projeto de controladores não lineares na estratégia em cascata, onde para o subsistema mecânico propõe-se a metodologia de controle por realimentação para sistemas não lineares. Os resultados obtidos nas simulações computacionais ilustram as características do modelo e do controle propostos.

Apresenta-se a modelagem matemática e a simulação computacional da não linearidade de folga (backlash) presente em transmissões mecânicas do tipo trem de engrenagens, comuns no acionamento das juntas rotativas de manipuladores robóticos do tipo SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm - braço robótico para montagem com complacência seletiva). Esses robôs são utilizados em tarefas repetitivas e insalubres da indústria, nas mais diferentes aplicações em setores tais como a indústria de transformação e a de equipamentos eletro-eletrônicos, entre outras. Essas tarefas industriais realizadas requerem precisão e repetitividade nos movimentos desejados. Entretanto, há vários fatores que dificultam a obtenção de boa precisão, a folga nos trens de engrenagens é uma delas. Normalmente, o conceito de folga está associado a este tipo de transmissão mecânica e aos acoplamentos mecânicos similares. Este fenômeno de folga vem dificultando o desempenho de sistemas de controle há vários anos, uma vez que folgas causam efeitos indesejáveis sobre a dinâmica de realimentação e sobre o desempenho do sistema de controle. A junta robótica modelada é composta por uma transmissão mecânica por trem de engrenagens de dentes retos, que resulta em um modelo dinâmico de 4° ordem com a inclusão da não linearidade de folga. O modelo é validado experimentalmente em uma bancada de testes e os resultados ilustram as características da não linearidade. Além disso, foi desenvolvida uma metodologia de identificação experimental dos parâmetros da folga. Por fim, são propostas algumas estratégias de controle para compensação da não linearidade de folga aliadas ao controle clássico proporcional. Resultados de simulação computacional são apresentados para o controle proporcional com e sem a compensação da folga, evidenciando a eficiência da compensação.

Este trabalho trata do problema da modelagem matemática da não linearidade de folga no acionamento com transmissão mecânica do tipo fuso, muito comum em juntas prismáticas e utilizado na transformação do movimento angular em movimento linear. Tais juntas prismáticas têm grande potencial de aplicações na robótica, como por exemplo, em robôs do tipo Gantry. Além da modelagem matemática, realiza-se a identificação experimental dos parâmetros do modelo proposto, a simulação computacional e propõe-se uma estratégia de controle para compensação da não linearidade de folga. Um dos problemas que dificultam o controle preciso dos movimentos de uma junta prismática é a não linearidade de folga no acionamento, principalmente nas transmissões mais simples e baratas do tipo fuso roscado. A modelagem matemática de sistemas mecânicos é importante no projeto de máquinas industriais, pois é utilizada para fins de simulação, de projeto de controladores e no estudo do comportamento das variáveis do sistema. A modelagem matemática dessa não linearidade da folga e a utilização de técnicas de controle podem contribuir para resolver este problema, sendo a base para estratégias de compensação de tais imperfeições. Para a descrição do comportamento dinâmico do acionamento da junta prismática é utilizado um modelo matemático não linear, que apresenta a combinação do modelo da dinâmica do fuso com a dinâmica da massa e inclui a não linearidade da folga entre as duas dinâmicas. Foi montada uma bancada experimental para testes do acionamento da transmissão mecânica do tipo fuso e desenvolvida uma metodologia para identificação experimental dos parâmetros da não-linearidade de folga. Os resultados obtidos nas simulações computacionais ilustram as características do modelo proposto. Pretende-se assim contribuir para a melhoria do desempenho e precisão de robôs de baixo custo.

Este trabalho trata da modelagem matemática de um sistema de atuação com hidráulica proporcional aplicado numa bancada para testes de vibração, além de sua simulação computacional e da validação experimental. Testes de vibração são muito comuns em produtos que exijam confiabilidade, tais como: tanques de combustível, reservatórios de pressão, embalagens para transporte e equipamentos eletrônicos. Dentro deste contexto, os sistemas de acionamento hidráulico possuem as vantagens de alta relação força/tamanho, paradas e partidas rápidas, e facilidade de instalação quando comparados aos acionamentos elétricos. Os atuadores hidráulicos têm grande importância na indústria moderna, devido seu extenso campo de aplicação, objetivando controle de forças ou de posição, tendo boa precisão e resposta rápida aos comandos. Neste trabalho, ao se referir aos atuadores hidráulicos, considera-se um conjunto válvula proporcional de controle direcional mais cilindro hidráulico. Sistema hidráulico é um conjunto de elementos físicos convenientemente associados, que utilizando um fluído como meio de transferência de energia, permite a transmissão e controle de forças e movimentos. As características dinâmicas e as não linearidades presentes nos atuadores hidráulicos dificultam o seu controle e, consequentemente necessitam de serem estudadas para melhor definição das estratégias de controle. O objetivo deste trabalho é realizar a modelagem matemática deste atuador hidráulico composto de um cilindro diferencial e uma válvula proporcional de controle direcional, bem como, as simulações computacionais analisando os resultados e, consequentemente, validar experimentalmente o modelo. Para tal modelagem matemática, necessita-se modelar a equação da vazão nos orifícios da válvula, a equação da variação de pressão nas câmaras do cilindro, bem como, a equação do movimento da carga do cilindro. Após a modelagem matemática, foi possível construir o diagrama de blocos no aplicativo MatLab/Simulink para posterior simulação computacional, analise e interpretação dos resultados. Os resultados obtidos permitem verificar as características do modelo matemático utilizado para o atuador hidráulico e ilustram o comportamento na bancada experimental de testes. Pretende-se contribuir para melhoria do desempenho das aplicações com hidráulica proporcional.

Neste trabalho apresenta-se a modelagem matemática da dinâmica de uma bancada acionada hidraulicamente para simulação de aclives. Os sistemas hidráulicos são um conjunto de elementos físicos convenientemente associados, que utilizando um fluído óleo-hidráulico como meio de transferência de energia, permite a transmissão e controle de forças e movimentos. Os sistemas hidráulicos são usados onde há necessidade de forças e torques relativamente altos, alta velocidade de resposta para o início, parada e reversão da velocidade. Os atuadores hidráulicos têm grande aplicação em sistemas industriais, em robótica, simuladores de movimento, plantas automatizadas, exploração de minérios, prensas, entre outras. As características dinâmicas do sistema e as não linearidades presentes nos atuadores hidráulicos dificultam seu controle e, conseqüentemente, precisam ser estudadas para melhor definição das estratégias de controle. O objetivo deste trabalho é realizar a modelagem matemática e a simulação computacional da dinâmica de uma bancada acionada por atuadores hidráulicos para simulação de terrenos inclinados e, posteriormente, validar experimentalmente o modelo no protótipo de uma bancada construído em laboratório. Para realizar a modelagem matemática do sistema hidráulico da bancada utilizam-se as equações da dinâmica da bancada, da vazão nos orifícios da válvula, da variação das pressões nas câmaras do cilindro, do atrito dinâmico e a equação do movimento da carga do cilindro. Após a modelagem matemática, implementou-se o modelo na forma de diagrama de blocos no MatLab/Simulink para posterior análise e interpretação dos resultados da simulação. Os resultados obtidos ilustram o comportamento dinâmico da bancada com acionamento hidráulico. A partir dos resultados obtidos, pretende-se contribuir para a elaboração de estratégias de controle e também para a realização de melhorias e modificações em protótipos experimentais de inovações em máquinas agrícolas. A contribuição desta dissertação consiste no acoplamento do modelo matemático de um atuador hidráulico do modelo dinâmico do movimento do mecanismo da bancada.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática de um sistema não linear de uma bancada de simulação de declividade de terrenos com acionamento pneumático, bem como a simulação computacional e a validação experimental do sistema dinâmico do modelo adotado. A utilização da pneumática é bastante intensa não somente na indústria, mas também na área móbil, onde tem várias aplicações, como por exemplo, nas máquinas agrícolas, isso devido às seguintes vantagens: é de fácil manutenção, de custo relativamente baixo e tem boa relação força/tamanho, de ação rápida, com alta variação da velocidade. No entanto, eles apresentam dificuldades de controle devido às características não lineares do sistema. A modelagem matemática de sistemas dinâmicos é importante no projeto de máquinas, pois permite prever através de simulações, de projetos de controladores e do estudo do comportamento de suas variáveis em protótipos de laboratório, as mesmas condições de oscilações encontradas em campo. Assim tendo como objetivo principal a simulação em laboratório das variações de inclinação lateral de uma colheitadeira autopropelida de grãos, desenvolveu-se um modelo matemático não linear de 5ª ordem para descrever tal inclinação. Este modelo matemático apresenta a combinação do modelo da servoválvula com a do cilindro pneumático, e inclui a não linearidade da zona morta, da vazão nos orifícios da servoválvula, a dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro, o movimento do êmbolo do cilindro, que considera o atrito dinâmico e também inclui a dinâmica da plataforma girante. Posteriormente, este modelo matemático foi escrito em forma de variáveis de estado e implementado computacionalmente. Assim, simulações e ensaios experimentais foram realizados para avaliar o comportamento e a eficiência do modelo adotado, que se mostraram promissores. A novidade desta dissertação está na obtenção de um modelo completo onde a dinâmica do movimento do atuador é acoplada à dinâmica do movimento angular da bancada.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático elaborado para compor um mecanismo articulado. Tal mecanismo é utilizado para acionamento de uma ferramenta e está inserido em um projeto executado pela Unijuí Campus Panambi, oriundo de uma parceria entre a Associação IPD e a CELPE (Companhia Energética de Pernambuco), desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor Energético regulado pela ANEEL (código ANEEL PD-0043-0311/2011). A utilização da pneumática inclui aplicações na construção de máquinas, ferramentas, máquinas agrícolas, sistemas de transporte, processamento de alimentos entre outros. Dentre os benefícios do uso da pneumática, considera-se que por ser limpa, de baixo custo, de alta relação potência por massa e de flexibilidade na instalação, torna-se atrativa para diversas aplicações em equipamentos manuais ou móveis. Entretanto, as características não lineares do sistema causam dificuldades no controle e podem ocasionar danos ao desempenho do sistema se não consideradas no projeto. Dentre as características não lineares, considera-se com maior ênfase neste trabalho a zona morta, o efeito da compressibilidade do ar, a vazão nos orifícios da válvula e o atrito nas vedações. A modelagem matemática é importante para fins de simulações computacionais utilizadas em análises de comportamento das variáveis de estado do sistema. Foram estudados modelos matemáticos utilizados anteriormente em acionamentos pneumáticos e a partir daí foi obtido um modelo matemático não linear de 5ª ordem que permite simular o comportamento dinâmico do atuador objeto deste estudo. O referido modelo reúne equações da servoválvula bem como do cilindro pneumático construído para compor o mecanismo apresentado. Os parâmetros da zona morta e do atrito foram obtidos experimentalmente e encontram-se descritos detalhadamente no decorrer deste trabalho. O modelo adotado foi validado em testes experimentais em malha aberta e são apresentados gráficos que ilustram as características do modelo, comparando o comportamento experimental do atuador com os resultados da simulação computacional. Esta pesquisa contribui para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de equipamentos pneumáticos.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática e a estratégia de controle de posição de um atuador pneumático para uma dada aplicação em um equipamento florestal, através de tratamentos teóricos, simulações numéricas e testes experimentais. Tal mecanismo é utilizado para acionamento de uma ferramenta e está inserido em um projeto executado pela Unijuí Campus Panambi, oriundo de uma parceria entre a Associação IPD e a CELPE (Companhia Energética de Pernambuco), desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor de Energia Elétrica regulado pela ANEEL (código ANEEL PD-0043-0311/2011). Atuadores pneumáticos são sistemas muito atrativos para diversas aplicações, em especial na robótica, porque eles têm a vantagem de baixo custo, leveza, durabilidade e são limpos quando comparados com os atuadores hidráulicos, também possuem facilidade de manutenção, têm boa relação força/tamanho e flexibilidade de instalação, e, além disso, o ar comprimido está disponível na maioria das instalações industriais. Em despeito dessas vantagens, sistemas de posicionamento pneumático possuem algumas características indesejáveis as quais limitam o uso destes em aplicações que requerem uma resposta precisa. Estas características indesejáveis derivam da alta compressibilidade do ar e das não-linearidades presentes em sistemas pneumáticos, tais como o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da válvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro linear. A modelagem matemática como estratégia de pesquisa empregada nos mais variados campos do conhecimento tornou-se uma importante ferramenta para fins de simulações computacionais utilizadas em análises de comportamento das variáveis de estado do sistema. Devido à necessidade de um modelo matemático adequado contendo explicitamente o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da servoválvula, a dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro, o movimento do êmbolo do cilindro e a dinâmica do atrito, obteve-se um modelo matemático não linear de 5ª ordem, derivado do estudo de modelos matemáticos utilizados anteriormente em acionamentos pneumáticos. Com base no modelo não linear adotado é implementada uma estratégia de controle clássico. Os parâmetros da zona morta e do atrito foram obtidos experimentalmente e encontram-se descritos detalhadamente no decorrer deste trabalho. O modelo adotado foi validado em testes experimentais em malha aberta e fechada com planejamento da trajetória polinomial sem e com a compensação da zona morta, estes resultados são apresentados por meio de gráficos que ilustram as características do modelo, comparando o comportamento experimental do atuador com os resultados da simulação computacional. Esta pesquisa contribui para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de equipamentos pneumáticos.

Este trabalho mostra os estudos teóricos sobre a caracterização do efeito piezoresistivo em filmes finos semicondutores, em especial, o silício tipo P e tipo N. Usa-se modelos matemáticos e simulação computacional, a partir de dados experimentais, para validar e aperfeiçoar os modelos matemáticos existentes na literatura para elementos sensores piezoresistivos baseados em filmes finos semicondutores. Neste trabalho é modelado o comportamento eletromecânico e térmico de um piezoresistor feito de silício policristalino tipo P e os resultados são comparados com aqueles mostrados, classicamente pela literatura, para o silício.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um braço robótico acionado por atuadores pneumáticos. O braço robótico tem grande potencial de aplicações nas indústrias e em equipamentos agro-florestais para manuseio de peças ou posicionamento de ferramentas. A utilização de atuadores pneumáticos tem as vantagens de baixo custo, alta relação potência por tamanho, flexibilidade de instalação, são limpos e não poluem o meio ambiente. Entretanto, os atuadores pneumáticos possuem diversas não linearidades tais como a zona morta na servoválvula, a compressibilidade do ar e o atrito causado pelas vedações nas partes móveis, que aliadas ao acoplamento dinâmico entre as variáveis de junta do robô dificultam sua modelagem e controle preciso. O protótipo do braço robótico modelado possui dois graus de liberdade com juntas rotativas acionadas por atuadores diferenciais. Para fins de modelagem, é realizada a identificação experimental das características não lineares do atrito. O objetivo principal é a validação experimental do comportamento do robô pneumático projetado. Para a aquisição de sinais e controle do robô, utiliza-se uma placa eletrônica dSPACE e o processamento dos resultados é realizado com o auxílio da ferramenta computacional MatLab. Como resultados, têm-se a modelagem matemática das principais características não lineares do braço robótico pneumático. Pretende-se assim contribuir para o desenvolvimento de soluções robotizadas com acionamento pneumático para problemas da indústria e agro-industriais. Esta pesquisa foi desenvolvida no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS), e contou com apoio da FAPERGS e do CNPq.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático responsável pelo acionamento de uma bancada para ensaios de estruturas mecânicas, a qual será utilizada no projeto de título "Concurso de Pórticos" (processo CNPq nº409998/2013-3, Chamada nº 18/2013 MCTI/CNPq/Secretaria de Políticas da Mulher-PR/Petrobras - Meninas e Jovens Fazendo Ciências Exatas, Engenharias e Computação). As contribuições principais deste trabalho são a modelagem e identificação das características não lineares do atrito no atuador utilizado para a aplicação de forças, bem como a sistematização do modelo matemático completo, sua simulação computacional e validação experimental. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e nos campos da automação e da robótica pelas diversas vantagens que o caracterizam. Dentre estas vantagens considera-se uma tecnologia de baixo custo, manutenção fácil, boa relação peso/potência, rapidez de resposta e principalmente uma tecnologia limpa, que não polui o meio ambiente. Porém, para atuadores pneumáticos a modelagem matemática é complexa quando comparada a outros tipos de acionamentos, pois apresentam limitações no controle decorrente das características não lineares inerentes ao sistema. Estas características não lineares resultam da alta compressibilidade do ar e das não linearidades presentes em sistemas pneumáticos, tais como o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da válvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro linear. A modelagem matemática é muito importante para entendimento e previsão do comportamento dinâmico de atuadores pneumáticos e pode contribuir para a adequada aplicação e desempenho em sistemas automáticos, principalmente na definição de estratégias de controle. Neste trabalho, desenvolveu-se a formulação de um modelo matemático não linear completo de 5ª ordem que representa o comportamento dinâmico do atuador pneumático. Com o objetivo de comparação com o modelo desenvolvido, apresenta-se também um modelo matemático não linear de 3ª ordem, validados experimentalmente. Por fim, foram realizados testes de controle de força em malha aberta variando-se a pressão de suprimento do sistema. Os resultados obtidos ilustram as características do modelo matemático desenvolvido.

Objetiva-se com este trabalho, desenvolver a modelagem matemática da dinâmica de uma transmissão mecânica do tipo fuso de esferas de um robô Gantry acionada por motorredutor de corrente alternada com inversor de frequência, considerando-se a não linearidade do atrito e da folga. Estas não linearidades dificultam o desenvolvimento de estratégias mais precisas de controle, afetando diretamente a segurança, a produtividade e a qualidade das tarefas que estes robôs desempenham, as quais estão especialmente relacionadas a aplicações industriais de alta robustez. Construiu-se o protótipo de uma junta do robô Gantry, o qual foi utilizado para fazer a aquisição de dados experimentais e posteriormente validar a modelagem proposta através de simulações computacionais. Para isso o protótipo conta com sensores de medição de deslocamentos (angulares e linear) e a utilização de um painel de comandos a partir do inversor de frequência, o qual envia os sinais de controle ao robô. O sistema de aquisição de sinais e controle é composto por uma placa dSPACE 1104 montada em microcomputador. Como resultados, tem-se a sistematização da modelagem matemática de um manipulador robótico Gantry acionado por transmissões do tipo fuso de esferas com motor elétrico de corrente alternada e inversor de frequência, a qual inclui as principais não linearidades, a proposta metodológica para identificação das não linearidades de atrito e folga, além da validação experimental do modelo que inclui as principais características de atrito em baixa velocidade. Pretende-se contribuir no desenvolvimento de modelos matemáticos eficazes para fins de projeto, de simulação e de síntese de estratégias de controle e compensação baseadas em modelo.

Neste trabalho é apresentado o estudo teórico do efeito piezoresistivo e das suas propriedades em dois tipos de materiais com estrutura amorfa, o carbono semelhante ao diamante e o óxido de índio dopado com estanho. Esse estudo compreende o levantamento bibliográfico sobre os materiais, a análise de algumas de suas propriedades, a avaliação e comparação gráfica, através do software MatLabTM, de determinadas características apresentadas pelos materiais. O conhecimento detalhado de algumas características físicas das estruturas e dos materiais que podem ser utilizados para a fabricação dos sensores depressão piezoresistivos integrados é importante, pois estes sensores tem uma dependência direta com as propriedades do material. Os dois materiais estudados apresentam o efeito piezoresistivo, sinal de sensibilidade e dependência com a temperatura, condizentes com as características esperadas para aplicação de filmes finos. De acordo com os resultados obtidos, neste trabalho, estes filmes podem ser utilizados, com excelentes resultados, em aplicações envolvendo sensores de pressão piezoresistivos. A resposta apresentada é coerente em relação à literatura e, portanto, os processos e simulações analíticas realizadas são adequados para o tratamento de materiais semicondutores empregados na fabricação de elementos sensores de pressão.

Este trabalho mostra o desenvolvimento de um software, rotulado aqui como SimuPi, para simular o modelamento matemático de elementos sensores piezoresistivos. O programa desenvolvido roda modelos de primeira e segunda ordem, clássicos da literatura, os quais são indispensáveis para o desenvolvimento de elementos sensores baseados no efeito piezoresistivo do silício. Foram analisadas as principais características de programas simuladores com objetivo de observar quais seriam relevantes para serem empregadas no desenvolvimento deste trabalho. Estudou-se a forma de elaboração do programa, escolhendo sua linguagem de programação e elaborando seus diagramas detalhados de requisitos e de funcionamentos. A plataforma de testes foi desenvolvida na linguagem de programação Java. O SimuPi mostrou-se condizente com a sua proposta, apresentando gráficos e resultados equivalentes aos obtidos em testes laboratoriais a partir da análise das propriedades do silício com base em modelos matemáticos. O software pode ser ampliado para projetos de elementos sensores usando outros tipos de materiais, além de melhorias gráficas e didáticas.