Este trabalho apresenta a modelagem matemática e a estratégia de controle de posição de um robô pneumático para fins de aplicações industriais, incluindo-se os resultados de testes experimentais. Tal robô foi desenvolvido no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS) da Unijuí Câmpus Panambi. Atuadores pneumáticos são sistemas muito atrativos para diversas aplicações, em especial na robótica, porque eles têm a vantagem de baixo custo, leveza, durabilidade e são limpos, também possuem facilidade de manutenção, têm boa relação força/tamanho e flexibilidade de instalação, e além disso o ar comprimido está disponível na maioria das instalações industriais. Entretanto, sistemas de posicionamento pneumático possuem algumas características indesejáveis as quais limitam o uso destes em aplicações que requerem uma resposta precisa. Estas características indesejáveis são causadas pela compressibilidade do ar e pelas não linearidades presentes em sistemas pneumáticos, tais como o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da válvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro pneumático. Neste trabalho obtém-se um modelo matemático não linear de 10ª ordem (total) para os dois primeiros graus de liberdade do robô que tem a estrutura cinemática do tipo Gantry. Os parâmetros da zona morta e do atrito foram obtidos experimentalmente e o modelo proposto foi validado em malha aberta para a primeira junta. É implementada uma estratégia de controle clássico com compensação da não linearidade da zona morta em testes experimentais com malha fechada e planejamento da trajetória desejada senoidal e trapezoidal, sem e com a compensação da zona morta, cujos resultados ilustram as características do controlador utilizado e a importância da compensação da zona morta. Este trabalho de pesquisa contribui para o desenvolvimento e o controle de posição de robôs pneumáticos de baixo custo para aplicação industrial. / 131 f.

Os dispositivos móveis agregam mobilidade, comodidade e facilidade de uso, contudo, têm o tempo de funcionamento limitado pela duração da fonte de energia, ou seja, pelo tempo de vida da bateria. As baterias recarregáveis, utilizadas em dispositivos móveis, têm capacidade finita para armazenamento de energia, necessitando a cada período de uso uma recarga. Diante disso, investigar o comportamento dinâmico do processo de descarga de uma bateria, visando predizer o seu tempo de vida e, por consequência o tempo de funcionamento do dispositivo móvel, tem fundamental importância. Um dos métodos para realizar a predição é a utilização de modelos matemáticos. Estes descrevem o comportamento dinâmico da descarga de uma bateria a partir de suas características físicas reais ou de um conjunto reduzido de dados obtidos em ensaios. Neste contexto, o presente trabalho realiza a modelagem matemática para predição do tempo de vida de baterias de Lítio-Íon Polímero (Li-Po) a partir da aplicação de modelos analíticos tradicionais. São analisados e validados os principais modelos desta classe a partir de ensaios reais. Além disso, uma extensão à Lei de Peukert é desenvolvida, com ganho significativo de acurácia, bem como propostas novas metodologias de resolução aos modelos cinético de Manwell e McGowan, e ao modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula, melhorando sensivelmente seus desempenhos, no que se refere a predição do tempo de vida de baterias do tipo Li-Po. / 100 f.

Nos últimos anos a produção brasileira de aveia aumentou significativamente. Antes da armazenagem e comercialização dos grãos de aveia é necessário realizar sua secagem. Esse procedimento é feito através dos secadores, que são fabricados sobre diversas formas construtivas e operacionais, porém ainda existe a necessidade de se otimizar o fluxo de grãos pelo corpo dos secadores, visto que tal processo não foi suficientemente analisado e estudado. O presente trabalho tem por objetivo a modelagem matemática e computacional do escoamento de grãos de aveia aplicando o Método dos Elementos Discretos, a fim de investigar o impacto da morfologia do grão no seu escoamento. Para tanto, realizou-se experimentos em laboratório, procurando-se variar a abertura, ângulo de inclinação e ângulo de calha do aparato, além de filmar o escoamento dos grãos pelo corpo do aparato. Posteriormente, analisou-se os dados experimentais e implementou-se um modelo de aparato, idêntico ao modelo utilizado nos experimentos, no software Yade, que possui como foco o Método dos Elementos Discretos. Para validar o modelo escolhido, comparou-se os resultados simulados com os dados experimentais. Os resultados alcançados neste estudo mostram que a eficiência em prever o fluxo de descarga dos grãos de aveia está diretamente relacionada aos parâmetros do modelo. Além disso, verificou-se que a utilização de clumps de esferas para aproximar a geometria do grão de aveia torna o método muito mais consistente com os dados reais. Verificou-se também que a solução com clumps acaba demandando muitos recursos computacionais. / 91 f.

Com o mercado dos dispositivos móveis em expansão, a necessidade de desenvolver tecnologias que atendam a demanda por energia se intensi cou. Geralmente, estes dispositivos móveis são alimentados por uma bateria que deve ser recarregada a cada intervalo de tempo. Por esta razão, é importante conhecer o tempo que a bateria mantém o dispositivo operacional, isto é, seu tempo de vida. Um dos métodos para realizar a predição do tempo de vida de baterias de dispositivos móveis é a utilização de modelos matemá- ticos, que simulam o processo de descarga de energia das baterias. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via teoria de Identi cação de Sistemas e os modelos híbridos. Os modelos híbridos são vantajosos, pois permitem a união de dois ou mais modelos de características distintas. Inserido nessa categoria, este trabalho tem por objetivo propor a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (Li-Po), através do desenvolvimento de um modelo híbrido baseado na união do modelo elétrico para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria e do modelo analítico Lei de Peukert Estendida. O modelo é implementado computacionalmente na ferramenta computacional MatLab. Os dados experimentais são obtidos de uma plataforma de testes que simula o descarregamento de baterias, considerando baterias do tipo Li-Po. A validação ocorre a partir da comparação das simulações realizadas, com os dados da plataforma, utilizando per s de descarga constantes e variáveis. Por m, é realizada a comparação do modelo obtido com outros modelos na literatura. Os resultados das simulações comprovam que o modelo hí- brido proposto é mais simples e computacionalmente exível, quando comparado a outros modelos híbridos, além de apresentar resultados satisfatórios para a predição do tempo de vida de baterias. / 94 f.

A procura por dispositivos móveis tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido à praticidade que eles oferecem ao cotidiano dos usuários, tais como, mobilidade, comodidade e fácil acesso à comunicação e à rede sem fio. Contudo, a utilização destes dispositivos depende do tempo de vida das baterias que os alimentam, sendo este tempo finito, necessitando a cada período de uso uma recarga. Desta forma, conhecer o tempo pelo qual a bateria consegue fornecer energia ao dispositivo sem a necessidade de conexão a uma fonte de energia externa tem sido de fundamental importância no desenvolvimento de dispositivos móveis. Uma maneira de realizar esta predição é através do uso de modelos matemáticos que descrevem o processo de descarga das baterias a partir de suas características físicas reais, ou de um conjunto de dados obtidos em ensaios experimentais. Neste contexto, será apresentado um estudo sobre os modelos analíticos – Linear, Lei de Peukert, Lei de Peukert Estendida, cinético de Manwell-McGowan e, o modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula – utilizados para predizer o tempo de vida de bateria que alimentam dispositivos móveis. A classe de modelos analíticos foi escolhida, pois utiliza um conjunto reduzido de equações para calcular o tempo de vida da bateria, possui menos parâmetros para serem estimados quando comparado aos demais modelos matemáticos, e apresenta simulação computacionalmente flexível e eficiente. Estes modelos são analisados e validados a partir de ensaios reais, objetivando verificar através de uma análise comparativa qual o modelo analítico é mais acurado para a predição do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (LiPo), considerando o mesmo cenário de simulação, e utilizando perfis de descarga constantes e variáveis, baseadas em um conjunto de operações rotineiras realizadas em um telefone celular do tipo smartphone. Os resultados simulados são comparados com os resultados experimentais obtidos a partir de uma plataforma de testes, verificando que o modelo analítico de difusão de Rakhmatov e Vrudhula é o mais acurado no que se refere à predição do tempo de vida de baterias do tipo LiPo. / 122 f.

As aeronaves do tipo multirrotor são investigadas pela percepção tridimensional, a mobilidade, a estabilidade de voo e baixo custo de construção. Vários tipos de controladores vêm sendo utilizados para garantir a estabilidade da mesma. Cabe destacar o controlador adaptativo, cujo desempenho é definido por um identificador que lhe precede e monitora simultaneamente o processo a controlar. A especificação dos parâmetros do identificador permite estabelecer critérios de conexão entre controlador e o próprio identificador. Portanto, o objetivo deste trabalho de investigação é propor uma metodologia para especificar o identificador e constatar se este atende aos requisitos do controlador adaptativo quando utilizado no controle de propulsores eletromecânicos. O projeto de identificadores é associado às técnicas de modelagem matemática caixa preta, portanto, a metodologia a ser usada consiste em: testes para a coleta de dados, definição da estrutura do modelo, escolha da ordem do modelo, estimação dos parâmetros e validação do modelo. Os identificadores a ser investigados são os métodos de gauss-newton, gauss-newton adaptado, levenberg-marquardt, mínimos quadrados não lineares e gradiente de descida. Por fim, pela comparação da simulação do modelo com os dados da plataforma e a análise residual, o modelo é validado. Diante disso, conclui-se que os modelo propostos são capazes de descrever as características do sistema de propulsão eletromecânico, porém o que apresentou melhor resultado foi o método de gauss-newton adaptado e poderá contribuir para novas técnicas de controle. / 78 f.

Frequentemente, as empresas adquirem ou desenvolvem aplicações para apoiar a tomada de decisões e aperfeiçoar seus processos de negócio. Estas aplicações compõe o ecossistema de software, que geralmente é heterogêneo e ainda são desenvolvidas sem levar em conta sua possível integração, dificultando assim a sua reutilização. A área de Enterprise Application Integration (EAI) proporciona metodologias, técnicas e ferramentas para as empresas desenvolverem soluções de integração. O problema abordado nessa dissertação consiste em identificar os possíveis gargalos de desempenho na solução de integração que trata do processo e rematrículas da Universidade Unijuí, para que estes possam ser minimizados antes da implementação da solução. O aparecimento destes possíveis gargalos é um problema, porque se um modelo conceitual for implementado com gargalos, poderá gerar falhas, que aumentam os custos, tempo e riscos da solução. Nesse contexto, propõe-se identificar possíveis gargalos de desempenho, utilizando o modelo conceitual, por meio do qual é desenvolvido um modelo formal de simulação, utilizando o formalismo matemático das Redes de Petri Coloridas e Temporizadas. É por meio da simulação, que busca-se conhecer o comportamento do sistema, visando identificar tarefas que possam representar gargalos de desempenho. A partir da simulação, foi possível analisar duas variáveis: tempo médio de permanência das mensagens nos slots e tamanho máximo e médio dos slots. Os resultados da simulação das duas variáveis foram interpretados e analisados, identificando-se a ocorrência de gargalos de desempenho. / 145 f.

A energia elétrica é indispensável para o desenvolvimento da sociedade atual. Mas para que a energia que alimenta os dispositivos elétricos e eletrônicos seja distribuída aos consumidores com segurança e qualidade, o sistema elétrico convencional busca novos avanços, focando principalmente à modernização e otimização da rede, fundamentada no conceito de Smart Grid. Desta forma, o estudo de métodos que simulem o comportamento real de uma rede de distribuição de energia, para possível aplicação de tecnologias Smart, passa a ter signi cativa importância. Uma das formas de emular este comportamento é através de modelos matemáticos. Estes descrevem o comportamento de um circuito elétrico através de uma linha de transmissão de energia, com as mesmas características do sistema real, como parâmetros do cabo, tensão, corrente e carga da rede. Neste contexto, a presente pesquisa realiza a modelagem matemática da rede de distribuição primária (i.e., rede de média tensão) da concessionária municipal Demei, a partir do modelo elétrico PI. Todas as simulações computacionais foram realizadas na ferramenta Matlab/Simulink considerando um amplo conjunto de dados experimentais obtidos através de um sistema de aquisição de dados capaz de mensurar as grandezas tensão e corrente, instalado diretamente na rede primária da concessionária Demei. Estes dados representam o sistema real e foram utilizados para a implementação computacional e validação do modelo matemático. Os resultados obtidos demonstram que o modelo PI, acrescido das propostas de modi ca- ções, descritas nesta dissertação, consegue capturar as características da rede modelada de forma satisfatória, apresentando erro médio inferior à 5%. / 94 f.

Trata-se do estudo da dinâmica de um sistema dosador de adubo para semeadora-adubadora. Com este trabalho desenvolve-se um modelo matemático capaz de descrever o comportamento de um sistema de controle para adubação a taxa variável acionado hidraulicamente, voltado para aplicações na agricultura de precisão. Utilizando-se um modelo de dosador comercial de fertilizantes do tipo helicoidal por transbordo, que é muito comum nos equipamentos convencionais de adubação. A modelagem matemática é realizada por meio da técnica da caixa branca, que se baseia na utilização de princípios físicos para formulação do modelo. Após a formulação matemática e definição do modelo, utiliza-se uma bancada instrumentalizada de testes equipada com sensores de pressão e de deslocamento angular para aquisição de dados experimentais e ajuste dos parâmetros utilizados na modelagem matemática. O sistema de aquisição de sinais e controle é composto por uma placa dSPACE 1104 montada em um microcomputador. A partir dos dados experimentais, realizaram-se simulações computacionais para validar o modelo matemático de controle de adubação à taxa variável. Os resultados demonstram boa acurácia do modelo descrito, diante do controle preciso da velocidade angular, atendendo os objetivos propostos. Essa pesquisa tem o propósito de contribuir com a mecanização da agricultura de precisão de baixo custo e auxiliar no desenvolvimento de inovações tecnológicas que possibilitem produções limpas e sustentáveis. / 115 f.

Desenvolveu-se a modelagem matemática da dinâmica de um sistema dosador de adubo à taxa variável acionado por um motor elétrico de corrente contínua, considerando a não linearidade do atrito. O objetivo é desenvolver a formulação matemática a partir de um protótipo montado em uma bancada experimental instrumentalizada. A modelagem matemática foi realizada por meio da técnica da caixa branca, que se baseia na utilização de princípios físicos para formular o modelo matemático do sistema. Utilizou-se uma bancada experimental instrumentalizada para identificação das características e dos parâmetros do modelo matemático para um dosador helicoidal de transbordo. Também um protótipo de adubadora à taxa variável para os testes de validação, voltado para Agricultura de Precisão e em especial, para aplicações na agricultura familiar. Realizou-se a aquisição de dados experimentais e posteriormente a validação do modelo matemático proposto, comparando-se os resultados experimentais com as simulações computacionais. A partir dos resultados obtidos, tem-se como principal contribuição a sistematização da modelagem matemática do sistema de dosagem à taxa variável acionado por um motor elétrico de corrente contínua. Pretende-se assim contribuir para mecanização da agricultura de precisão e para o desenvolvimento de inovações tecnológicas que viabilizem a produção de máquinas precisas e de baixo custo voltadas para a Agricultura Familiar. / 91 f.