atps cs1 2014

ATIVIDADES PRTICAS SUPERVISIONADAS

Engenharia de Controle e Automao

9 Srie Controle e Servomecanismo I

A Atividade Prtica Supervisionada (ATPS) um procedimento metodolgico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de etapas, acompanhadas pelo

professor, e que tem por objetivos:

Favorecer a autoaprendizagem do aluno.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo seu aprendizado.

Promover o estudo, a convivncia e o trabalho em grupo.

Auxiliar no desenvolvimento das competncias requeridas para o exerccio

profissional.

Promover a aplicao da teoria na soluo de situaes que simulam a

realidade.

Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem

Para atingir estes objetivos, a ATPS prope um desafio e indica os passos a serem

percorridos ao longo do semestre para a sua soluo.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Cibele Abreu Makluf

Unicamp

.

Engenharia de Controle e Automao - 9 Srie - Controle e Servomecanismo I

Cibele Abreu Makluf

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COMPETNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, voc ter desenvolvido as competncias e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemticos, cientficos, tecnolgicos e instrumentais Engenharia.

Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados. Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia.

Participao Esta atividade ser, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos devero: Organizar-se, previamente, em equipes de participantes conforme a orientao do

professor; Entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e Observar, no decorrer das etapas, as indicaes: Individual e Equipe.

DESAFIO

Desenvolver a modelagem, estudo e ensaio do controle ativo do movimento vertical da suspenso de um nibus. O modelo considera tanto a inrcia do nibus como a inrcia da suspenso/pneus, bem como a dos amortecedores. Um atuador adicionado entre a suspenso e o nibus.

Para realizar esse projeto, a equipe dever se ater apenas a do modelo completo de um sistema de suspenso, ou seja, uma das quatro rodas, dessa forma ocorre a simplificao do problema para um sistema de dimenso nica. Um diagrama do sistema apresentado abaixo:

Figura 1- Modelo de Sistema de Suspenso de nibus (1/4)

Considere:

Massa do nibus (Body Mass) (m1) = 2500kg


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Massa da Suspenso (Suspension Mass) (m2) = 320kg Constante da mola do sistema de suspenso (k1) = 80,000 N/m Constante da mola da roda e pneu (k2) = 500 N/m Constante de amortecimento dos sistemas de suspenso (b1) = 350 Ns/m Constante de amortecimento da roda e pneu (b2) = 15,020 Ns/m Fora de Controle (u) = Fora do controlador que iremos desenvolver.

Para o desenvolvimento de o projeto proposto seguir as orientaes contidas nas

etapas.

Objetivo do desafio

Desenvolver a modelagem, estudo e ensaio do controle ativo do movimento vertical da suspenso de um nibus. Livro Texto da disciplina A produo desta ATPS fundamentada no livro-texto da disciplina, que dever ser utilizado para soluo do desafio: NISE, Norman S.. Engenharia de Sistemas de Controle. 3 ed. Rio de Janeiro: LTC Livros Tcnicos e Cientficos, 2002.

ETAPA 1 (tempo para realizao: 5 horas )

Aula-tema: Especificao de desempenho transitrio e estacionrio: resposta do sistema em malha fechada. Tipos de controladores e exemplos.

Esta atividade importante para que voc conhea de que forma ocorre a resposta dos sistemas de malha fechada nos modos transitrio e estacionrio e conhea os tipos de controladores, suas funcionalidades e caractersticas nos sistemas de controle.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Individual)

Pesquisar na bibliografia padro/complementar ou na internet sobre as especificaes de desempenho transitrio e estacionrio na resposta dos sistemas em malha fechada. Fazer um resumo com os principais pontos abordar. Entregar ao professor.

Sites sugeridos para pesquisa

Anlise de Desempenho nos regimes transitrio e estacionrio. Disponvel em: < https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&cad=rja&ved=0CEMQFjAE&url=http%3A%2F%2Fxa.yimg.com%2Fkq%2Fgroups%2F21657146%2F1956186319%2Fname%2FAula%2B02%2B-


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%2BResposta%2Bno%2Btempo.pdf&ei=rGhdUvKFIoi1kQfTuIDYBg&usg=AFQjCNH8fWw_8renq7p7eaB15KltBnRNSQ&sig2=lZ77jfkrrEGm9yaycq8aew&bvm=bv.53899372,d.eWU> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sZ216NE5HQ0lnZHc/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 out. 2013.

Especificaes de Desempenho em Resposta. Universidade Estadual Paulista. Disponvel em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAASnAAJ/apostila> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sQVVDN3ZwVGxXd2M/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2015.

Passo 2 (Equipe)

Estudar os tipos de controladores, mostrando suas caractersticas e funcionalidades. Fazer uma apresentao em Power Point de no mximo 20 min, onde as equipes devero ser divididas entre os principais controladores (P, PI e PID). Mostrar suas caractersticas, funes e exemplos de utilizao.

Site sugerido para pesquisa

ARAJO, Fbio. Sistemas de Controle. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 2007. Disponvel em: < http://www.dca.ufrn.br/~meneghet/FTP/Controle/scv20071.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sTUNIYm9Tb3d4YU0/edit?usp=sharing>. Acesso em: 15 Out.. 2013.

Passo 3 (Equipe)

Estudar sobre o mtodo de lugar das Razes. Fazer a atividade prtica compartilhada em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sMEFfNjNHQmNyams/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013. Entregar o relatrio ao professor.

Passo 4 (Equipe)

Analisar o sistema proposto no Desafio, e fazer a equao do movimento e atravs dela a funo de transferncia do sistema de controle da suspenso do nibus. Considere as condies iniciais nulas.

Incluir todas as informaes vistas nos passos no Relatrio Parcial 1- Especificao de desempenho transitrio e estacionrio: resposta do sistema em malha fechada e Tipos de controladores e exemplos. Entregar ao professor.


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Aula-tema: Compensao Dinmica: P, PI, PID. Compensao Dinmica: Lead Lag. Compensao Dinmica: Sensibilidade e Estabilidade.

Esta atividade importante para que voc conhea as caractersticas das compensaes dinmicas P, PI, PID, Lead Lag, bem como a sensibilidade e estabilidade dessas compensaes nos sistemas de controle.


PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Pesquisar as caractersticas da compensao dinmica P (proporcional), PI (proporcional integral) e PID (proporcional integral derivativa). Fazer as atividades prticas compartilhadas em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sckNobUtlbWFVbkE/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013. Entregar ao professor.


ARAJO, Fbio. Sistemas de Controle. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 2007. Disponvel em: < http://www.dca.ufrn.br/~meneghet/FTP/Controle/scv20071.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sTUNIYm9Tb3d4YU0/edit?usp=sharing>. Acesso em: 15 Out. 2013.

SANTOS, Hugo. Ajuste de Controle PID utilizando algoritmos genticos. Centro Universitrio de Braslia. 2009. Disponvel em: < http://repositorio.uniceub.br/bitstream/123456789/3320/2/20327902.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sN1llMzdfOGpIU3c/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013.

Aes de Controle e Tipos de Controladores P, I, D. Universidade Paulista. Disponvel em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAASnEAC/apostila> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sZGdmQVVBY1BDMDg/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013.


Estudar as caractersticas da compensao do controlador avano- atraso de fase ou Lead Lag. Fazer a atividade proposta compartilhada em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sTzQzMkJYRnJYLUk/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013.


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NOVAES, Carlos. Anhanguera Educacional. 2012. Disponvel em: < http://professorcarlosnovaes.files.wordpress.com/2012/11/projetorootlocus.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2saHQ4SWladWxoREE/edit?usp=sharing >. Acesso em: 15 Out. 2013.


Buscar informaes sobre a sensibilidade e estabilidade da compensao dinmica. Fazer um texto explicativo com os principais tpicos abordados. Entregar ao professor.


Fundamentos de Controle Clssico. Universidade Federal de Santa Catarina. Disponvel em: < http://www.labspot.ufsc.br/~aguinald/ensino/eel7063/controle.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sMVR2czBlc2F5Slk/edit?usp=sharing >. Acesso em: 15 Out. 2013.

Passo 4 (Equipe)

Modelar a funo de transferncia do sistema de suspenso do nibus no Matlab.

Incluir todas as informaes vistas nos passos no Relatrio Parcial 2- Compensao Dinmica: P, PI, PID, Lead Lag ,Sensibilidade e Estabilidade. Entregar ao professor.


Aula-tema: Anlise de resposta em frequncia. Diagrama de Bode. Posicionamento de Polos e Zeros. Margem de ganho e margem de fase.

Esta atividade importante para que voc conhea de que forma ocorre a resposta em frequncia dos sistemas de controle, bem como comece a compreender e aprender os diagramas de bode, posicionamento dos polos e zeros e as margens de ganho e fase.


PASSOS

Passo 1(Equipe)

Pesquisar sobre a resposta em frequncia nos sistemas de controle. Fazer a atividade proposta e compartilhada em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sZFlJaHhVaFNTNEE/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013. Entregar ao professor.


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HEY, Hlio. Anlise do Mtodo de Resposta em Frequncia. Universidade Federal de Santa Maria. Disponvel em: < http://coral.ufsm.br/gepoc/renes/Templates/arquivos/elc418/elc418-cap8.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sMXc5ZDNVUWQtQmc/edit?usp=sharing >. Acesso em: 15 Out. 2013.

LOTUFO, Francisco. Anlise e Sntese de Sistemas de Controle empregando a Teoria Clssica. Universidade Estadual de So Paulo. Disponvel em: < http://www.feg.unesp.br/~falotufo/Disciplinas/Sel3023/Apostila/Capitulo9_12.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sbVctSndhVHM5eEU/edit?usp=sharing >. Acesso em 15 Out. 2013.

Passo 2 (Equipe)

Estudar sobre o diagrama de Bode e a localizao de polos e zeros. Resolver as questes prticas compartilhadas em: . Acesso em 15 Out. 2013.

Sugesto Escolher 10 questes da lista ou de acordo com o professor.


CAMPOS, Paulo. Diagrama de Bode. Centro Federal de Educao Tecnolgica do Paran. Disponvel em: < http://pessoal.utfpr.edu.br/brero/controle_1/1_sem_11/Diagramas%20de%20Bode%20e%20projeto/DIAGRAMAS%20DE%20BODE_15.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sQ0RmNzU2WkcyeDA/edit?usp=sharing >. Acesso em: 15 Out. 2013.

TROFINO, Alexandre. Sistemas Lineares. Universidade Federal de Santa Catarina. Disponvel em: < http://www.das.ufsc.br/~trofino/disciplinas/eel-7052/apostila-lineares.pdf.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sZnJHR1NxT19tX2c/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013.


Pesquisar sobre a margem de ganho e margem de fase. Fazer um resumo com os principais tpicos abordados. Entregar ao professor.


BOJORGE, Ninoska. Mtodo de Ganho de fase e de Margem. Universidade Federal Fluminense. Disponvel em: < http://www.professores.uff.br/controledeprocessos-


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eq/images/stories/Control_Aula_23_MG-MF_1.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sVlV6VU5GSEh5VlU/edit?usp=sharing >. Acesso em: 15 Out. 2013.

SIQUEIRA, Adriano. Margens de Ganho e de Fase. Universidade de So Paulo. Disponvel em: < http://www.mecatronica.eesc.usp.br/wiki/upload/f/f5/Aula9SCI2010.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sTEJZV1pzQWd3VEU/edit?usp=sharing>. Acesso em 15 Out. 2013.

Passo 4 (Equipe)

Fazer o desenvolvimento do projeto, considerando que quando o nibus submetido a qualquer perturbao na estrada como sujeira, lombadas ou pavimentao erodida, o corpo do nibus no deve reagir com largas oscilaes e essas oscilaes devem ser dissipadas rapidamente. Utilizar o Matlab para fazer a resposta em malha aberta do sistema e dessa forma o diagrama de blocos esquemtico.

Sugesto Simular o distrbio da entrada atravs de uma entrada degrau Incluir todas as informaes vistas nos passos no Relatrio Parcial 3- Anlise de resposta em frequncia. Diagrama de Bode. Posicionamento de Polos e Zeros. Margem de ganho e margem de fase. Entregar ao professor.


Aula-tema: Diagramas assintticos polares e de Nyquist. Especificaes de Projeto no domnio da frequncia: P, PI, PID, Lead Lag.

Esta atividade importante para que voc conhea e aprenda a traar os diagramas assintticos de Nyquist e os polares, bem como aprenda as especificaes necessrias para projetar os controladores no domnio da frequncia.


PASSOS

Passo 1 (Equipe) Pesquisar sobre os diagramas assintticos polares e de Nyquist. Resolver os exerccios prticos e comprovar os resultados usando Simulink e Matlab, disponvel em: LOTUFO, Francisco. Srie de Exerccios. Universidade Estadual de So Paulo. Disponvel em: < http://www.feg.unesp.br/~falotufo/Disciplinas/Sel3023/Exercicios/Acsd_se4_06.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sMm5kZUo3cmFnR3M/edit?usp=sharing>. Acesso em 16 Out. 2013.


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ANDREA, Cristiano. Diagramas de Nyquist. Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Disponvel em: < http://pessoal.utfpr.edu.br/quevedo/arquivos/Aula_2_Controle2.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2scTRvamNhZmxXWkU/edit?usp=sharing >. Acesso em: 16 Out. 2013.

SIQUEIRA, Adriano. Resposta em Frequncia. Universidade de So Paulo. Disponvel em: < http://www.mecatronica.eesc.usp.br/wiki/upload/1/1f/Aula8SCI2010.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sS0N3U1hzUTd2RVk/edit?usp=sharing>. Acesso em: 16 Out. 2013.


Descrever de forma sucinta as especificaes necessrias para o projeto no domnio da frequncia para P, PI, PID e Lead Lag. Entregar ao professor.


ARAJO, Fbio. Sistemas de Controle. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 2007. Disponvel em: < http://www.dca.ufrn.br/~meneghet/FTP/Controle/scv20071.pdf > e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sTUNIYm9Tb3d4YU0/edit?usp=sharing>. Acesso em: 15 Out. 2013.

LIMA, Carlos. Controladores Discretos. Centro Federal de Educao Tecnolgica do Paran. Disponvel em: < http://www.pessoal.utfpr.edu.br/erig/CTRL02/5%20-%20controladores%20discretos.pdf> e compartilhado em: < https://docs.google.com/file/d/0B4DWrkB2Lh2sZHllNzFDOHNoYU0/edit?usp=sharing>. Acesso em 16 Out. 2013

Passo 3 (Equipe)

Desenvolver o controlador, para o sistema proposto no desafio, usando o mtodo do lugar das razes, encontre tambm o ganho. Obter a resposta em malha fechada para o compensador LGR (Lugar Geomtrico das Razes).

Passo 4 (Equipe)

Obter a resposta em frequncia do sistema proposto no Desafio. Incluir todas as informaes vistas nos passos no Relatrio Parcial 4 Diagramas assintticos polares e de Nyquist. Especificaes de Projeto no domnio da frequncia e o desenvolvimento do projeto feito durante as etapas devem ser reunidos no Relatrio do Projeto Sistema de Suspenso no nibus.


Cibele Abreu Makluf

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Padronizao

O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT, com o seguinte padro (exceto para produes finais no textuais):

em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; espaamento de 1,5 entre linhas; se houver citaes com mais de trs linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaamento simples entre linhas; com capa, contendo:

nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; nome e RA de cada participante; ttulo da atividade; nome do professor da disciplina; cidade e data da entrega, apresentao ou publicao.

Para consulta completa das normas ABNT, acesse a Normalizao de Trabalhos Acadmicos Anhanguera. Disponvel em:

. Acesso em: 23 set. 2013.

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