Engenharia Urbana
PEU/POLI/UFRJ
Sistemas Automatizados Aplicados à Engenharia Urbana Prof. Armando Carlos de Pina Filho
Aula 2 - Automação e Controle Conceitos
Sistemas de controle Exemplo prático
Controle de robôs
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Automação e Controle - Conceitos Sistemas automatizados
Realização de tarefas de forma automática e controlada
Utilizados notadamente em processos industriais (fabricação)
Automação e controle estendidos a outros processos que não os industriais
Uma realidade comum a todos, mas apenas como usuários, não como projetistas
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Automação e Controle
Sistemas de controle - Introdução
Exemplo clássico de sistema de controle: máquina a vapor (James Watt)
Exemplo mais sofisticado e complexo de sistema de controle: o próprio ser humano Exemplo simples de uso diário:
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Automação e Controle
Sistemas de controle - Introdução
Primeiras tentativas de se produzir sistemas de controle = antigas civilizações do Egito e Roma Século I a.C. = Hero de Alexandria concebeu
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Elementos básicos: Informação de entrada = abrir ou fechar porta Controle = fogo acesso no altar Atuadores = água, balde, cordas Saída do sistema =Engenharia Urbana
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Tipos de sistemas de controle
No sistema de Hero não existe possibilidade de interferência no sinal de saída (para correções), o que configura um sistema de malha aberta ou sem realimentação
Possibilidade de transformação do sistema = uso de mecanismo para reduzir a intensidade do fogo = criação de um sistema de malha fechada ou realimentado (feedback)
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Informação de entrada = caminho a ser seguido Controle = cérebro Sensores = olhos Comparação de dados fornecidos Atuadores = músculos Saída do sistema =Engenharia Urbana
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Sistema de malha fechada ou realimentado
Possibilidade de correções
Primeiro sistema mecânico em malha fechada concebido pelo homem = controle de velocidade criado por James Watt em 1788 para uma
máquina a vapor, mas posteriormente usado também em máquinas de combustão
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático
Podem ser representados por diagramas de blocos
Exemplo: motor de liquidificador
Motor Tensão de
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Alguns detalhes importantes
Unidade dinâmica = equivale a uma função que transfere uma variável a outro tipo de variável fisicamente distinta
Função de transferência = associação entre as variáveis de entrada e saída
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Alguns detalhes importantes
Principal dificuldade no projeto de sistemas de controle = atraso na resposta, devido ao
processo de transferência
Maior atraso equivale a maior dificuldade de implementação de sistema automático
satisfatório = ocorrência de oscilações ou flutuações indesejáveis na saída do sistema
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Realimentação
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Realimentação
Efetuada pela diferença entre sinais elétricos (circuitos) ou por programação (controle
digitalizado)
No caso do motor = realimentação por meio de um tacômetro (tipo de transdutor), que produz uma tensão elétrica proporcional à velocidade angular
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Relações matemáticas
De forma prática, os diagramas de blocos são usados para gerar os sistemas de controle, utilizando-se relações matemáticas entre os sinais de entrada e saída
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Relações matemáticas
Para motores elétricos de porte médio:
K = 0,03 V/(rad/s)
33,3 (rad/s)/V
Logo, uma tensão de entrada de 6 V produz uma velocidade de saída de 200 rad/s
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Problemas do sistema
Com alguma substância no interior do liquidificador = redução da velocidade, devido ao maior esforço = perturbação do sistema = redução da eficiência = aumento do consumo de energia
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Problemas do sistema
Existe uma redução de velocidade de 200 rad/s para 120 rad/s, ou seja, uma diferença de 40% Então como resolver o problema?
Usando um sistema de controle de malha fechada (com realimentação)
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Solução de problemas
Utilização de realimentação com valor de 1mV/(rad/s), para correção
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Solução de problemas
Valor de referência = 0,2 V
Saída original (igual a 200 rad/s) x 0,001
Novo problema: Tacômetros geram tensões de referência de baixa intensidade =
necessidade de amplificação do sinal de erro = ganho do sistema
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Sistema com ganho
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Relação final de controle
Ganho (variável) = 1000 (a partir de testes)
20
0,02
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Sistemas de Controle - Exemplo Prático Comparação de resultados
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Controle de Robôs
Estratégias de controle tradicionais: Reativo = não pense, reaja
Deliberativo = pense primeiro e depois reaja Híbrido = pense e reaja de forma
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Controle de Robôs Reativo
Principais características:
Ciclos de percepção-ação (estímulos-respostas) Muito rápido
Sem memória
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Controle de Robôs Deliberativo Principais características: Percepção-planejamento-ação, de forma sequencial Planejamento lento, dependente de informações prévias do ambiente
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Controle de Robôs Híbrido
Principal característica:
Combinação dos sistemas anteriores, buscando um modelo ideal, com equilíbrio entre
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Controle de Robôs
Deseja-se uma arquitetura de controle adaptativa = tornar o robô autônomo Como implementar o controle?
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Controle de Robôs Inteligência artificial
Surgiu em 1955 em Dartmouth College, nos Estados Unidos
Uma “máquina inteligente” buscaria por soluções e então as executaria
Sistema de organização hierárquica, com rápida execução sequencial
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Controle de Robôs Inteligência artificial
Somente nos anos de 1980 é que foram
desenvolvidas técnicas mais apropriadas de utilização da inteligência artificial na robótica Robôs autônomos podem tomar decisões a
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Trabalhos e programas comerciais
Um trabalho interessante em relação ao uso de robôs móveis se refere a determinação de trajetórias a serem seguidas dentro de um ambiente
Se faz necessário o uso de sensores para reconhecimento do ambiente, incluindo obstáculos
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Trabalhos e programas comerciais Diagrama de blocos
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Determinação da trajetória de movimento de um robô móvel
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Trabalho: Simulação de movimentação de um manipulador robótico
Movimentos simulados utilizando a interface gráfica OpenGL com linguagem C
A modelagem computacional é importante para auxiliar uma série de projetos, evitando custos na fabricação de protótipos, além de facilitar a realização de testes
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Trabalho: Simulação de movimentação de um manipulador robótico
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Trabalho: Simulação de movimentação de um manipulador robótico
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Trabalho: Simulação de movimentação de um manipulador robótico
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Programas comerciais
Criação de softwares, principalmente para gerenciamento
Dificuldade de acesso às informações, devido aos direitos autorais
