No projeto dos sistemas de uma aeronave o dimensionamento correto de seus componentes e do sistema como um todo são essenciais para a competitividade do produto. No projeto do sistema elétrico, um dos parâmetros utilizados é a corrente máxima que o sistema deve ser capaz de suportar. Quando um conjunto de cargas elétricas é acionado existe um consumo de corrente muito maior que o consumo normal de operação. Esta demanda deve ser suportada pelo sistema. O acionamento das cargas em uma sequência pré-determinada reduz a exigência de corrente elétrica do sistema em relação a um acionamento desordenado, reduzindo a demanda do sistema e resultando no seu dimensionamento mais adequado. Neste trabalho é proposto um algoritmo eficiente para determinar a sequência de acionamento das cargas em um sistema elétrico que minimize a corrente máxima exigida e que obedeça a restrições na ordem do acionamento das cargas. Este algoritmo pode ser utilizado como uma ferramenta no projeto do sistema elétrico de uma aeronave. Vários testes foram realizados avaliar o desempenho do algoritmo em vários cenários de dimensão e complexidade do problema. Foram investigadas várias propostas para a geração de solução inicial e os resultados dos testes apontam que a melhor forma para gerar esta solução é uma ordenação descendente do sobrepasso das cargas.

A tecnologia de construção de freios aeronáuticos de carbono é dominada por poucas empresas, em parte devido ao restrito e exigente mercado não possibilitar que novas empresas se lancem neste desafio, em parte devido a tecnologia complexa envolvida e em parte devido aos altos custos de desenvolvimento. Compreender as etapas do projeto de um freio ajuda o engenheiro a avaliar problemas e possíveis melhoras, e foi justamente com esta intenção que este trabalho foi desenvolvido. Na primeira parte deste trabalho fez-se um estudo da bibliografia relacionada a freios aeronáuticos e suas características. Este estudo foi feito tendo-se três focos principais, a saber, as características principais de um freio para emprego aeronáutico, os materiais para emprego na construção dos discos de frenagem (em especial o carbono) e as novas tecnologias que possivelmente virão as ser usadas na construção de freios aeronáuticos. Neste terceiro item, até mesmo por se tratar de um assunto novo e que ainda está em desenvolvimento, uma atenção maior foi dada ao acionamento elétrico de freios, que é um assunto novo e que apesar de serem poucas, existem algumas fontes de pesquisa. Na segunda parte deste trabalho, fez-se ainda uma pesquisa sobre como avaliar e calcular as características de discos de frenagem, obtendo-se como resultado algumas relações importantes que foram usadas posteriormente, na terceira parte. Na terceira parte as relações dispostas na segunda parte do trabalho, foram empregadas no desenvolvimento de um freio a carbono para uma aeronave corporativa, denominado CJ2, que fora desenvolvido no programa PEE da parceria ITA/Embraer. Por fim algumas observações, análises, recomendações e algumas conclusões estão apresentadas.

Este trabalho propõe analisar o desempenho de redes de comunicação industrial em aplicações de acionamentos de motores elétricos trifásicos. Compara-se o desempenho da tecnologia Profibus DP em relação à Profinet. O desempenho é verificado a partir de especificações técnicas de ambos protocolos e experimentos práticos para coleta de dados e análise dos seguintes indicadores de desempenho: tempo de ciclo, jitter e ocupação de largura de banda. Adicionalmente, é verificado o desempenho de uma aplicação de controle de posição, utilizando estes protocolos na malha de controle, através do tempo de acomodação do sistema. Conclusões mostram que a rede Profibus DPV0 é a mais rápida quando possui menos dispositivos, porém o Profinet RT consegue manter baixos valores de tempo de ciclo mesmo com grande quantidade de dispositivos e possui maior determinismo na topologia em barramento. No que diz respeito ao controle de posição estudado, as tecnologias apresentam desempenho similar para tempo de acomodação do sistema, porém o Profinet IRT foi o mais determinístico. / This work proposes a performance analysis of industrial communication networks in applications of electric AC motor drives. It compares the performance of Profibus DP technology in relation to Profinet. Performance is verified from technical specifications of both protocols and practical experiments for data collection and analysis of the following performance indicators: cycle time, jitter and bandwidth occupation. Additionally, the performance of a motion control application is verified, by using these protocols in the loop control, through the settling time of the system. Conclusions show that Profibus DPV0 is faster when there is less devices in the network, but Profinet RT manages to maintain low values of cycle time even with large number of devices and has higher determinism when installed in line topology. Regarding the motion control application studied, the technologies have similar settling time for the system performance, but the Profinet IRT was more deterministic.

Este trabalho propõe analisar o desempenho de redes de comunicação industrial em aplicações de acionamentos de motores elétricos trifásicos. Compara-se o desempenho da tecnologia Profibus DP em relação à Profinet. O desempenho é verificado a partir de especificações técnicas de ambos protocolos e experimentos práticos para coleta de dados e análise dos seguintes indicadores de desempenho: tempo de ciclo, jitter e ocupação de largura de banda. Adicionalmente, é verificado o desempenho de uma aplicação de controle de posição, utilizando estes protocolos na malha de controle, através do tempo de acomodação do sistema. Conclusões mostram que a rede Profibus DPV0 é a mais rápida quando possui menos dispositivos, porém o Profinet RT consegue manter baixos valores de tempo de ciclo mesmo com grande quantidade de dispositivos e possui maior determinismo na topologia em barramento. No que diz respeito ao controle de posição estudado, as tecnologias apresentam desempenho similar para tempo de acomodação do sistema, porém o Profinet IRT foi o mais determinístico. / This work proposes a performance analysis of industrial communication networks in applications of electric AC motor drives. It compares the performance of Profibus DP technology in relation to Profinet. Performance is verified from technical specifications of both protocols and practical experiments for data collection and analysis of the following performance indicators: cycle time, jitter and bandwidth occupation. Additionally, the performance of a motion control application is verified, by using these protocols in the loop control, through the settling time of the system. Conclusions show that Profibus DPV0 is faster when there is less devices in the network, but Profinet RT manages to maintain low values of cycle time even with large number of devices and has higher determinism when installed in line topology. Regarding the motion control application studied, the technologies have similar settling time for the system performance, but the Profinet IRT was more deterministic.

Este trabalho propõe um dispositivo universal antropomórfico que sirva como base no desenvolvimento de próteses com alto grau de semelhança funcional a mão humana. Para tanto, são apresentadas a modelagem (modelos cinemático e dinâmico) e as construções física e computacional de um dispositivo mecatrônico ativo simplificado. Muitas dúvidas quanto ao tamanho, a aparência e a funcionalidade de um modelo protético surgem ao se pensar em projetar algo que irá, de certa forma, substituir um membro humano, dada a importância que ele representa. Pesquisas mostram dificuldades na obtenção de modelos que atendam aos diversos requisitos que uma prótese deve ter, desde sua funcionalidade à sua estética. Uma das partes que pode definir a concepção de uma prótese é seu acionamento. Assim, a implementação deste dispositivo universal permite a análise comparativa de sistemas de acionamento. Neste trabalho são apresentadas as vantagens e as dificuldades da utilização de três sistemas bastante comuns em acionamentos de produtos mecatrônicos, são o servomotor DC, o piezo-motor e o SMA (Shape Memory Alloy) ou liga com memória de forma. Foram utilizados os aplicativos de software Inventor na construção do modelo computacional e ADAMS nas análises cinemática e dinâmica. A aquisição de sinais e os testes de validação foram possíveis por meio dos aplicativos Matlab e Simulink.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matheus Alexandre Bevilaqua.pdf: 3412491 bytes, checksum: 4886770099c1ba6e43a5060a8dd7e00d (MD5) Previous issue date: 2015-02-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new implementation for the vector control of synchronous permanent magnets motors based on Labview FPGA. A set of differential equations that describes the dynamic behavior of the electric and mechanical parts of the motor are presented and used to numerical simulations. These models are converted to transfer functions and block diagrams to allow the design of current and speed controllers. A design procedure for the current and speed controller is presented. This design procedure allows the designer to set the controller gains based on the system s desired bandwidth and damping ratio. Criteria to choose the bandwidth and damping ratio are established to obtain the maximum dynamic response of the motor. The designed controllers are verified by an integrated simulation of power electronics and control algorithm. This integrated simulation allows a number of analyses to be performed on the electric drive parameters. A verification of load inertia effect on the speed controllers is made. A power inverter modulation technique that maximizes the DC bus utilization is shown. Simulation and experimental results are provided to validate the technique. An experimental setup is developed in order to implement the motor controllers and allow the reproduction of this work. By using this setup, experimental results are given to demonstrate the implementation of the current controllers, PWM modulator and speed controller developed. The conclusions of this work and the next steps recommended to explore this new technology are given at the end of this document. / Este trabalho apresenta uma nova implementação do controle vetorial aplicado a motores síncronos de imãs permanentes utilizando o Labview FPGA. São desenvolvidos modelos matemáticos, baseados em equações diferenciais que descrevem as dinâmicas elétrica e mecânica do motor e permitem a simulação numérica do comportamento dinâmico do mesmo. Estes modelos são escritos também na forma de funções de transferência e diagrama de blocos, para permitirem o projeto dos controladores de corrente e velocidade. Um procedimento de projeto para os controladores de corrente e de velocidade do motor é apresentado. Este procedimento permite ao projetista determinar a banda passante e amortecimento desejados ao sistema. Critérios práticos são então estabelecidos para determinar a banda passante e amortecimento de forma a obter a máxima resposta dinâmica possível do motor. Os controladores projetados são verificados por meio de simulações numéricas integradas à eletrônica de potência necessária ao acionamento do motor. Estas simulações permitem a realização de diversas análises de sensibilidade do acionamento proposto. Uma análise da influência da inércia da carga no desempenho do controlador de velocidade é apresentada. Uma técnica de modulação do inversor de frequência que maximiza a utilização do barramento CC é apresentada e verificada por meio de simulação numérica. Resultados experimentais são fornecidos para validar a técnica descrita. Uma plataforma experimental para implementação dos controladores é desenvolvida e detalhada para permitir a reprodução do trabalho. Utilizando-se desta plataforma experimental, resultados são obtidos para demonstrar a implementação dos controladores de corrente, do modulador PWM e do controlador de velocidade apresentado neste trabalho. As conclusões são detalhadas e sugestões para explorar a tecnologia desenvolvida neste trabalho são feitas ao final do documento.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliano Sadi Scholtz.pdf: 2782347 bytes, checksum: 9574576b5de2d7ace7cd3c0bf209a81c (MD5) Previous issue date: 2006-05-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents the design of a regenerative three-phase switching rectifier with high power factor and control in dq0 coordinates implemented on DSP TMS320F2812 of Texas InstrumentsTM. The controls have used the Clark and Park transformations and the bilinear equation of Tustin, so that the design of the digitals controllers, carried through on the frequency domain, became it significantly simple. The DSP of last generation used allow the programming in a high level language. It can propitiate that the routines be understood, reused and or improved without great efforts. In general way, this will facilitate the sharing of the information for future designs. The main advantages associates are: robust control, excellent regulation of the DC voltage, energy regeneration, low harmonic distortion in the input currents and high power factor. / Este trabalho apresenta o projeto de um retificador trifásico regenerativo com elevado fator de potência e controle em coordenadas dq0 implementado no DSP TMS320F2812 da Texas InstrumentsTM. No controle foram utilizadas as transformações de Clark e Park e a equação bilinear de Tustin, de sorte que o projeto dos controladores digitais, realizado no domínio da freqüência, tornou-se significativamente simples. As equações de controle consideraram também todos os ganhos reais oriundos da implementação. Desta forma, os sistemas obtiveram boa representação física. O DSP de última geração utilizado permite que a programação seja realizada em linguagem de alto nível, o que pode propiciar que as rotinas sejam entendidas, reutilizadas e ou melhoradas sem grandes esforços. Até certo ponto isto facilitará o compartilhamento das informações para projetos futuros. As principais vantagens associadas são: controle robusto, excelente regulação da tensão do barramento CC, regeneração de energia, baixa distorção harmônica nas correntes de entrada e elevado fator de potência.

O presente trabalho apresenta uma transformação dq não senoidal e sua aplicação em máquinas síncronas com ímã permanente na superfície do rotor (MSIP) e forma de onda de FEM não senoidal. O modelo resultante da aplicação dessa transformação permite o controle direto do torque eletromagnético, permitindo reduzir as ondulações do torque produzido nesse tipo de máquina. A redução dessas ondulações em MSIPs não senoidais possibilita que esse tipo de máquina seja empregado em aplicações onde somente MSIPs senoidais, que possuem custo mais elevado, poderiam ser usadas. Simulações e resultados práticos, obtidos pela implementação do sistema de controle vetorial não senoidal desenvolvido, são apresentados no trabalho. Pelos resultados obtidos, pode-se verificar que o método proposto é eficaz na redução das ondulações do torque eletromagnético em MSIPs não senoidais. / This work presents a non-sinusoidal dq transformation and its application in permanent- magnet synchronous machines (PMSM) with a non-sinusoidal back-EMF waveform. The resulting model of the application of such transformation permits direct control of machine electromagnetic torque, which achieves the reduction of torque ripple. The reduction of torque ripple in non-sinusoidal PMSMs makes possible the use of this kind of PMSM instead of sinusoidal PMSMs, which are more expensive. Simulation and practical results, obtained by the implementation of such non-sinusoidal vectorial control system, are shown in this work. Those results show that the method presented is efficacious in the torque ripple reduction in non-sinusoidal PM synchronous machines.

O objetivo desse trabalho é o estudo e a análise do desempenho de máquinas brushless com ímã permanente no rotor, com fluxo de entreferro não senoidal. São consideradas máquinas brushless com ímã permanente na superfície do rotor. Três modelos matemáticos são considerados: o modelo por fase de estator, o modelo vetorial e o modelo velocidade-tensão de segunda ordem. Máquinas com diferentes tipos de enrolamento de estator são comparadas, incluindo as máquinas síncronas com ímã permanente no rotor (com a densidade dos enrolamentos distribuída de forma senoidal no estator). Os resultados para o torque eletromagnético das máquinas foram obtidos considerando-se dois tipos de acionamentos em malha aberta: um acionamento de seis pulsos e um acionamento senoidal. Por fim, um método de controle é apresentado para máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais, utilizando controle vetorial, são comparados aos das máquinas senoidais. / The aim of this work is to analyse the torque performance of brushless machines with non-sinusoidal distributed magnetic fluxes. The machine type considered is a surface mount permanent magnet brushless machine. Three mathematical models for the machine are considered: the per stator phase, the vectorial and the linear second order speed-voltage models. Machines with different stator windings are compared including the permanent magnet synchronous machines with sinusoidal distributed stator windings. The torque outputs of these machines are obtained considering two kinds of open loop driving systems: one with a six-pulse waveform and other with a sinusoidal waveform. Finally, a vectorial control is proposed for the non-sinusoidal machines. The torque ripple as well the overall performance of non-sinusoidal machines with vectorial control is compared to that of sinusoidal machines.

O presente trabalho apresenta uma transformação dq não senoidal e sua aplicação em máquinas síncronas com ímã permanente na superfície do rotor (MSIP) e forma de onda de FEM não senoidal. O modelo resultante da aplicação dessa transformação permite o controle direto do torque eletromagnético, permitindo reduzir as ondulações do torque produzido nesse tipo de máquina. A redução dessas ondulações em MSIPs não senoidais possibilita que esse tipo de máquina seja empregado em aplicações onde somente MSIPs senoidais, que possuem custo mais elevado, poderiam ser usadas. Simulações e resultados práticos, obtidos pela implementação do sistema de controle vetorial não senoidal desenvolvido, são apresentados no trabalho. Pelos resultados obtidos, pode-se verificar que o método proposto é eficaz na redução das ondulações do torque eletromagnético em MSIPs não senoidais. / This work presents a non-sinusoidal dq transformation and its application in permanent- magnet synchronous machines (PMSM) with a non-sinusoidal back-EMF waveform. The resulting model of the application of such transformation permits direct control of machine electromagnetic torque, which achieves the reduction of torque ripple. The reduction of torque ripple in non-sinusoidal PMSMs makes possible the use of this kind of PMSM instead of sinusoidal PMSMs, which are more expensive. Simulation and practical results, obtained by the implementation of such non-sinusoidal vectorial control system, are shown in this work. Those results show that the method presented is efficacious in the torque ripple reduction in non-sinusoidal PM synchronous machines.