atps cs1 2014

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ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS Engenharia de Controle e Automação 9ª Série Controle e Servomecanismo I A Atividade Prática Supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico 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 convivência e o trabalho em grupo. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas para o exercício profissional. Promover a aplicação da teoria na solução de situações que simulam a realidade. Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem Para atingir estes objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução. Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA: Cibele Abreu Makluf Unicamp .

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  • 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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    ETAPA 2 (tempo para realizao: 5 horas )

    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.

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

    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.

    Sites sugeridos 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.

    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.

    Passo 2 (Individual)

    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.

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

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    Site sugerido para pesquisa

    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.

    Passo 3 (Individual)

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

    Site sugerido para pesquisa

    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.

    ETAPA 3 (tempo para realizao: 5 horas )

    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.

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

    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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    Sites sugeridos para pesquisa

    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.

    Sites sugeridos para pesquisa

    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.

    Passo 3 (Individual)

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

    Sites sugeridos para pesquisa

    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.

    ETAPA 4 (tempo para realizao: 5 horas )

    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.

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

    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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    Sites sugeridos para pesquisa

    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.

    Passo 2 (Individual)

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

    Sites sugeridos 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.

    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.

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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.