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Guião do Trabalho Laboratorial Nº 3 Análise do Comportamento de uma Suspensão de Automóvel

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Academic year: 2021

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SISEL

Sistemas Electromecânicos

Guião do Trabalho Laboratorial Nº 3

Análise do Comportamento de uma

Suspensão de Automóvel

GRIS

Group of Robotics and Intelligent Systems

Homepage: http://www.dee.isep.ipp.pt/~gris Email: gris@dee.isep.ipp.pt

Ano Lectivo: 2006/2007

(2)

Análise do Comportamento de uma Suspensão de Automóvel

Um sistema de suspensão automóvel, como o apresentado na figura seguinte:

Figura 1: Veículo sujeito a perturbações ao nível da suspensão

pode ser modelado de acordo com o esquema que se apresenta de seguida:

Carroçaria do Automóvel m k b m k b x p(t)

Figura 2: Esquema equivalente do sistema de suspensão automóvel

apresentando a seguinte função de transferência:

K

bs

ms

K

bs

)

s

(

P

)

s

(

X

2

+

+

+

=

Equação 1: Função de transferência do sistema de suspensão automóvel

1. Implemente a função de transferência no SIMULINK. a) Iniciar a aplicação MATLAB;

b) No prompt dê o comando >> simulink;

c) Nesta fase, surgiu-lhe uma nova janela no seu monitor correspondente à biblioteca de "blocos" disponíveis no Simulink ("Simulink Library Browser"), como pode ver na figura seguinte:

(3)

Figura 3: Janela do MATLAB e janela da biblioteca de blocos do SIMULINK ("Simulink Library Browser")

d) No menu “File” da janela “Simulink Library Browser” faça agora “New” e seleccione a opção “Model” para lhe aparecer a janela onde irá construir o seu modelo ("untitled"), como se mostra na figura seguinte (Figura 4).

Figura 4: Janela do MATLAB e janelas principais do SIMULINK (biblioteca de blocos do SIMULINK ("Simulink Library Browser") e

(4)

2.

O SIMULINK dispõe de bibliotecas para a implementação de blocos de modelos discretos e contínuos, lineares e não lineares.

a) Na biblioteca de blocos, carregue duas vezes sobre o bloco "Continuous". Ficou agora visível a biblioteca de modelos lineares (ver Figura 5).

Figura 5: Biblioteca de modelos lineares

3.

Desta biblioteca seleccione o bloco "Transfer Fcn" (função de transferência) e arraste-o para a janela onde irá construir o seu modelo ("untitled"). Neste momento o seu modelo deverá ter o aspecto apresentado na Figura 6.

a) Carregue duas vezes sobre este bloco e no menu que lhe aparece introduza os seguintes parâmetros:

a) Numerator coefficient: [b k] b) Denominator coefficient: [m b k] c) Absolute tolerance: auto

b) Carregue sobre a legenda "Transfer Fcn" a altere-a para "Suspensão Automóvel".

4. Na biblioteca de blocos, carregue duas vezes sobre o bloco "Sources". Ficou agora visível a biblioteca de sinais de entrada (ver Figura 7).

a) Desta biblioteca seleccione o bloco "Step" e arraste-o para a janela onde irá construir o seu modelo, posicionando-o à esquerda do bloco “Suspensão Automóvel”.

b) Carregue duas vezes sobre este bloco e no menu que lhe aparece introduza os seguintes valores:

a) Step Time: 0 b) Initial Value: 0 c) Final Value: 1

(5)

d) Sample Time: 0

e) Carregue sobre a legenda "Step" a altere-a para "Degrau Unitário".

Figura 6: Bloco “Transfer Fcn”

(6)

5.

Na biblioteca de blocos, carregue sobre o bloco "Sinks". Ficou agora visível a biblioteca de dispositivos de apresentação / visualização de resultados (ver Figura 8).

Figura 8: Biblioteca de equipamentos de apresentação de resultados

a) Desta biblioteca, seleccione o bloco "Scope" e arraste-o para a janela onde irá construir o seu modelo, posicionando-o à direita do bloco “Suspensão Automóvel”.

b) Carregue sobre a legenda “Scope” e altere-a para “Osciloscópio”, ficando o seu modelo com o aspecto da Figura 9.

6.

Chegados a este ponto, todos os blocos do diagrama de blocos do sistema já foram introduzidos no nosso modelo. Devemos agora passar a efectuar as ligações entre os diferentes blocos.

a) Faça a ligação do bloco "Degrau Unitário" ao bloco "Suspensão Automóvel"

b) Passe o rato sobre o símbolo > que se encontra do lado direito do bloco " Degrau Unitário " até que o cursor se transforme numa cruz.

c) Nesta altura carregue no botão direito do rato e arraste o cursor até ao símbolo > que se encontra do lado esquerdo do bloco "Suspensão Automóvel".

d) Quando a ligação ficar estabelecida deverá aparecer uma seta a ligar os dois blocos.

e) Repita o procedimento anterior para a ligação do bloco "Suspensão Automóvel" ao bloco "Osciloscópio". O seu modelo deverá ter o aspecto que se apresenta na Figura 10.

(7)

Figura 9: Diagrama de blocos da suspensão automóvel após a inserção de todos os blocos constituintes do sistema

(8)

7.

Simule o comportamento da suspensão (o seu deslocamento) em função de diferentes parâmetros do sistema de amortecimento do automóvel, supondo os seguintes valores:

Variável Situação 1 Situação 2 Situação 3 Situação 4

m 500 500 500 500

b 0 5000 1000 8000

K 12500 12500 12500 12500

a) Para introduzir os valores das variáveis m, b e K, seleccione a janela MATLAB e no prompt, faça (para a situação 1) (ver Figura 11):

>> m=500; >> b=0; >> k=12500;

b) Para dar início à simulação, seleccione a opção "Start" do menu "Simulation".

c) Para visualizar o comportamento da suspensão ao longo do tempo, carregue duas vezes sobre o bloco "Scope".

d) Após se reajustar a janela de visualização, o que se consegue carregando no botão que apresenta uns binóculos (sendo as escalas da janela "Oscilóscópio" automaticamente ajustadas pelo SIMULINK), obtém-se a janela "Oscilóscópio" que é apresentada na Figura 12.

8.

Justifique o comportamento observado em cada uma das situações, indicando o tipo de regime observado e os respectivos pólos no plano complexo.

(9)

Figura 12: Resposta da suspensão automóvel (valor do deslocamento vertical) a uma entrada em degrau unitário

9.

Observe o comportamento do sistema através da análise dos diagramas de Bode, para todas as situações apresentadas no ponto anterior, através da ferramenta de análise linear do SIMULINK.

a) Com o botão direito do rato seleccione a ligação entre o bloco “Degrau unitário” e o bloco “Suspensão Automóvel” e introduza aí um ponto de entrada, escolhendo a opção “Linearization Points” no menu que lhe surge e a sub opção “Input Point”.

b) Com o botão direito do rato seleccione de seguida a ligação entre o bloco “Suspensão Automóvel” e o bloco “Osciloscópio” e introduza aí um ponto de saída, escolhendo a opção “Linearization Points” no menu que lhe surge e a sub opção “Output Point”.

c) O seu modelo deverá apresentar um aspecto idêntico ao da Figura 13.

d) Para iniciar o processo de linearização do modelo seleccione a opção “Control Design”, do menu "Tools". Dentro desta opção, escolha a subopção "Linear Analysis…".

e) Como pode observar na Figura 14, surgiu-lhe uma nova janela intitulada "Control and Estimation Tools Manager".

f) Na janela “Control and Estimation Tools Manager”, seleccione o tipo de gráfico que pretende representar.

g) Neste caso, na caixa de opção “Plot Types” seleccione a opção “Bode”.

h) Após efectuar a selecção do tipo de gráfico a representar, pressione o botão “Linearize Model”.

i) O SIMULINK apresenta-lhe a resposta em frequência do sistema, tal como mostra a Figura 15.

(10)

Figura 13: Diagrama de blocos da suspensão automóvel após a introdução do “Input Point” e “Output Point”

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Referências

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