Algoritmo 2

O segundo algoritmo estudado ´e utilizado no processamento do sinal de tor- que, diferente do primeiro conceito, que explora a pot ˆencia do sistema. A partir de um estudo comparativo no dom´ınio da frequ ˆencia, apontou-se uma faixa do espectro onde h ´a a maior diferenc¸a entre sinais provenientes de rodadas cr´ıticas e normais, em relac¸ ˜ao ao desbalanceamento. A figura 4.12 mostra FFTs calculadas para um caso pass´ıvel de detecc¸ ˜ao e uma rodada normal, que n ˜ao deve ser detectada. A escala de frequ ˆencia deste gr ´afico est ´a normalizada, a fim de evitar a divulgac¸ ˜ao de informac¸ ˜oes sens´ıveis.

10−2 10−1 100 101 102 103 104 10−15 10−10 10−5 100 Análise em Frequência Frequência Normalizada Ganho Caso Normal Caso Desbalanceado

Figura 4.12: An´alise frequencial de um caso de acelera¸c˜ao balanceada vs. desbalanceada.

Obt ´em-se assim conhecimento de uma faixa de frequ ˆencia onde a diferenc¸a entre os casos ´e bastante clara. No diagrama 4.12 esta faixa corresponde ao espac¸o de 1 a 10 unidades no eixo da frequ ˆencia. Tanto frequ ˆencias mais baixas, quanto mais altas que estas n ˜ao mostram informac¸ ˜oes relevantes para a detecc¸ ˜ao de des- balanceamento. A banda de baixa frequ ˆencia corresponde `a resposta ao sinal de refer ˆencia, que acaba representando um offset DC no sinal de torque. Este offset n ˜ao reflete significativamente o impacto da carga desbalanceada, e sim de outros fa- tores, como inclinac¸ ˜ao da rampa de refer ˆencia de velocidade angular, quantidade de carga balanceada, massa do cesto, etc. As componentes de alta frequ ˆencia tamb ´em n ˜ao mostram-se relevantes e relacionadas com as cargas desbalanceadas. Nesta faixa est ˜ao contidas compensac¸ ˜oes internas da malha de controle, como de fluxo e corrente, que acabam impactando tamb ´em na estimac¸ ˜ao de torque e nos sinais de controle enviados para o motor. Tal componente n ˜ao ´e afetada tamb ´em pela din ˆamica de cargas exc ˆentricas. Assim, o pr ´e-processamento do sinal de torque envolve sua fil- tragem com um filtro passa-banda, afim de reter apenas as componentes frequenciais consideradas relevantes.

Algumas outras etapas de processamento s ˜ao efetuadas e obt ´em-se ent ˜ao o fluxo de execuc¸ ˜ao do algoritmo, que foi devidamente estudado e ajustado com base nos dados adquiridos do plano de experimentos explorat ´orios, e finalmente implemen- tado na linguagem C e embarcado na placa controladora da lavadora de roupas, afim de validar sua efici ˆencia em configurac¸ ˜oes conhecidamente pass´ıveis de detecc¸ ˜ao. A figura 4.13 mostra em linhas gerais o fluxo de processamento executado pelo conceito #2 de detecc¸ ˜ao de carga desbalanceada.

Cap´ıtulo 5: Resultados

Neste cap´ıtulo ser ˜ao discutidos os resultados alcanc¸ados, tanto em relac¸ ˜ao `as abordagens offline de processamento em lote dos dados de experimentos ex- plorat ´orios, quanto os resultados das implementac¸ ˜oes embarcadas dos conceitos de detecc¸ ˜ao de carga desbalanceada aqui propostos.

5.1: An ´alises de variac¸ ˜ao

O gr ´afico de variac¸ ˜ao foi a ferramenta 6 sigma mais utilizada ao longo do pro- cesso de desenvolvimento e ajuste dos algoritmos, devido ao potencial desta ferra- menta para organizac¸ ˜ao e comparac¸ ˜ao de grandes quantidades de dados. Cada expe- rimento gerou 144 conjuntos de sinais, a cada vez que o plano de testes foi executado. As rodadas de baseline s ˜ao constitu´ıdas de 8 configurac¸ ˜oes. Somam-se a estas 40 configurac¸ ˜oes diferentes de cargas exc ˆentricas, variando os fatores citados no cap´ıtulo de desenvolvimento. Para cada variac¸ ˜ao, 3 rodadas foram executadas. Nas ´ultimas etapas de desenvolvimento, dados provenientes de dois experimentos realizados em prot ´otipos diferentes fora levados em conta. Portanto, fazem-se necess ´arios meios efi- cientes de visualizac¸ ˜ao e indexac¸ ˜ao de resultados, a fim de tornar poss´ıvel a an ´alise consistente de um universo de variac¸ ˜oes t ˜ao grande. Assim, os gr ´aficos de variac¸ ˜ao desempenharam um importante papel no processo de obtenc¸ ˜ao de m ´etricas robustas e coerentes.

Tendo em vista os diferentes comportamentos din ˆamicos do sistema quando este ´e excitado no primeiro e segundo modos de resson ˆancia, as an ´alises compara- tivas foram efetuadas separadamente em cada uma das faixas de velocidade angular relevantes. Esta an ´alise ´e importante pois evita que deslocamentos m ´aximos sejam confundidos entre as diferentes din ˆamicas, e cria a oportunidade de checar a con- sist ˆencia das m ´etricas quando aplicadas a diferentes comportamentos.

As an ´alises aqui apresentadas resumem-se `a menor acelerac¸ ˜ao angular ex- plorada, visto que quando exposto ao segundo n´ıvel do plano de testes, tanto a diferenciac¸ ˜ao entre diferentes din ˆamicas quanto a correlac¸ ˜ao com os deslocamentos m ´aximos do cesto foram menos satisfat ´orias do que quando o sistema foi exposto ao primeiro n´ıvel de acelerac¸ ˜ao.

5.1.1: Algoritmo 1

Ao longo da primeira frequ ˆencia ressonante, o principal comportamento obser- vado foi um grave deslocamento ao longo do plano perpendicular ao eixo de rotac¸ ˜ao, causando in ´umeros impactos entre o cesto da m ´aquina de lavar roupas e sua carcac¸a. Dependendo da gravidade das colis ˜oes, houve maiores ou menores deslocamentos do sistema inteiro, quantificados a partir de medidores laser fixados em cada um dos quatro suportes (p ´es) da m ´aquina.

Observam-se aqui dois pontos bastante interessantes: no primeiro deles, nota- se a boa correlac¸ ˜ao entre o deslocamento translacional do cesto de lavar roupas infe- rido por aceler ˆometros, e a sa´ıda da m ´etrica aplicada aos sinais de controle de motor do sistema. Outro ponto a ser colocado ´e que, segundo as observac¸ ˜oes de machine walking, ou deslocamento dos p ´es da m ´aquina de lavar, os casos marcados em verme- lho, que posicionam-se claramente acima das demais rodadas, foram os ´unicos que apresentaram-se fora dos limites impostos pelos ´org ˜aos reguladores. Assim, basta uma simples comparac¸ ˜ao com um limiar (definido em 0.6, para que tais casos sejam detectados em tempo de execuc¸ ˜ao.

Observa-se na figura 5.1 a an ´alise de variac¸ ˜ao dos m ´aximos deslocamentos calculados para o cesto de roupas frente `a sa´ıda da m ´etrica n ´umero um para detecc¸ ˜ao de cargas desbalanceadas.

Enquanto a carga ´e rotacionada ao longo da segunda frequ ˆencia ressonante do sistema, esta apresenta um novo comportamento din ˆamico, que pode ser visto na figura 5.2; isto ´e, desloca-se ao longo do eixo longitudinal de rotac¸ ˜ao, al ´em do deslocamento anteriormente observado ao longo do plano perpendicular. Tal din ˆamica possui um efeito extremamente danoso ao sistema, do ponto de vista de vibrac¸ ˜ao e ru´ıdo. Em algumas configurac¸ ˜oes pode inclusive forc¸ar a parada emergencial da rotac¸ ˜ao da carga, a fim de evitar danos estruturais permanentes ao equipamento. Tal caso emergencial est ´a marcado em vermelho no gr ´afico de variac¸ ˜ao, que mostra novamente uma boa correlac¸ ˜ao entre m ´aximo deslocamento e m ´etrica de avaliac¸ ˜ao.

5.1.2: Algoritmo 2

Na figura 5.3 pode-se observar as sa´ıdas para o processamento dos sinais provenientes da rotac¸ ˜ao do sistema ao longo da primeira frequ ˆencia ressonante, utili- zando o conceito de detecc¸ ˜ao de desbalanceamento #2. Um ponto bastante interes-

Deslocamento Maximo - Freq 1 (Normalizado) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 Fator 6 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 Fator 5 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 -1 2 -1 2 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 Fator 4 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 Fator 3 -1 1 2 Massa Desbalanceada -1 Fator 1

Variability Chart for Deslocamento Maximo - Freq 1 (Normalizado) Variability Gauge

Conceito #1 - Freq 1 (Normalizado) 0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 Fator 6 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 Fator 5 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 -1 2 -1 2 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 Fator 4 -1 1 2 -1 2 -1 1 2 Fator 3 -1 1 2 Massa Desbalanceada -1 Fator 1

Variability Chart for Conceito #1 - Freq 1 (Normalizado) Variability Gauge

Figura 5.1: Gr´afico de varia¸c˜ao da m´etrica #1 para a primeira frequˆencia ressonante.

sante a ser levantado ´e que nesta faixa de operac¸ ˜ao, tal conceito ´e capaz de diferenciar com um bom n´ıvel de confianc¸a entre os tr ˆes n´ıveis de desbalanceamento analisados, por ´em h ´a confundimento entre os casos considerados cr´ıticos e os demais.

Como o intuito principal ´e detectar efeitos indesej ´aveis causados por massas desbalanceadas, e n ˜ao necessariamente apenas a intensidade do desbalanceamento, o primeiro conceito mostrou resultados mais consistentes, principalmente quando com- parado a m ´etricas de deslocamento e vibrac¸ ˜ao. Portanto, o conceito escolhido para futuras an ´alises e execuc¸ ˜ao em c ´odigo embarcado foi o algoritmo #1.