O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático elaborado para compor um mecanismo articulado. Tal mecanismo é utilizado para acionamento de uma ferramenta e está inserido em um projeto executado pela Unijuí Campus Panambi, oriundo de uma parceria entre a Associação IPD e a CELPE (Companhia Energética de Pernambuco), desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor Energético regulado pela ANEEL (código ANEEL PD-0043- 0311/2011). A utilização da pneumática inclui aplicações na construção de máquinas, ferramentas, máquinas agrícolas, sistemas de transporte, processamento de alimentos entre outros. Dentre os benefícios do uso da pneumática, considera-se que por ser limpa, de baixo custo, de alta relação potência por massa e de flexibilidade na instalação, torna-se atrativa para diversas aplicações em equipamentos manuais ou móveis. Entretanto, as características não lineares do sistema causam dificuldades no controle e podem ocasionar danos ao desempenho do sistema se não consideradas no projeto. Dentre as características não lineares, considera-se com maior ênfase neste trabalho a zona morta, o efeito da compressibilidade do ar, a vazão nos orifícios da válvula e o atrito nas vedações. A modelagem matemática é importante para fins de simulações computacionais utilizadas em análises de comportamento das variáveis de estado do sistema. Foram estudados modelos matemáticos utilizados anteriormente em acionamentos pneumáticos e a partir daí foi obtido um modelo matemático não linear de 5ª ordem que permite simular o comportamento dinâmico do atuador objeto deste estudo. O referido modelo reúne equações da servoválvula bem como do cilindro pneumático construído para compor o mecanismo apresentado. Os parâmetros da zona morta e do atrito foram obtidos experimentalmente e encontram-se descritos detalhadamente no decorrer deste trabalho. O modelo adotado foi validado em testes experimentais em malha aberta e são apresentados gráficos que ilustram as características do modelo, comparando o comportamento experimental do atuador com os resultados da simulação computacional. Esta pesquisa contribui para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de equipamentos pneumáticos. / 89 f.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática e a estratégia de controle de posição de um atuador pneumático para uma dada aplicação em um equipamento florestal, através de tratamentos teóricos, simulações numéricas e testes experimentais. Tal mecanismo é utilizado para acionamento de uma ferramenta e está inserido em um projeto executado pela Unijuí Campus Panambi, oriundo de uma parceria entre a Associação IPD e a CELPE (Companhia Energética de Pernambuco), desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor de Energia Elétrica regulado pela ANEEL (código ANEEL PD-0043-0311/2011). 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 quando comparados com os atuadores hidráulicos, 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. Em despeito dessas vantagens, sistemas de posicionamento pneumático possuem algumas características indesejáveis as quais limitam o uso destes em aplicações que requerem uma resposta precisa. Estas características indesejáveis derivam da alta compressibilidade do ar e das 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 linear. A modelagem matemática como estratégia de pesquisa empregada nos mais variados campos do conhecimento tornou-se uma importante ferramenta para fins de simulações computacionais utilizadas em análises de comportamento das variáveis de estado do sistema. Devido à necessidade de um modelo matemático adequado contendo explicitamente o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da servoválvula, a dinâmica das pressões nas câmaras do cilindro, o movimento do êmbolo do cilindro e a dinâmica do atrito, obteve-se um modelo matemático não linear de 5ª ordem, derivado do estudo de modelos matemáticos utilizados anteriormente em acionamentos pneumáticos. Com base no modelo não linear adotado é implementada uma estratégia de controle clássico. Os parâmetros da zona morta e do atrito foram obtidos experimentalmente e encontram-se descritos detalhadamente no decorrer deste trabalho. O modelo adotado foi validado em testes experimentais em malha aberta e fechada com planejamento da trajetória polinomial sem e com a compensação da zona morta, estes resultados são apresentados por meio de gráficos que ilustram as características do modelo, comparando o comportamento experimental do atuador com os resultados da simulação computacional. Esta pesquisa contribui para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de equipamentos pneumáticos. / 108 f.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático responsável pelo acionamento de uma bancada para ensaios de estruturas mecânicas, a qual será utilizada no projeto de título “Concurso de Pórticos” (processo CNPq nº409998/2013-3, Chamada nº 18/2013 MCTI/CNPq/Secretaria de Políticas da Mulher-PR/Petrobras - Meninas e Jovens Fazendo Ciências Exatas, Engenharias e Computação). As contribuições principais deste trabalho são a modelagem e identificação das características não lineares do atrito no atuador utilizado para a aplicação de forças, bem como a sistematização do modelo matemático completo, sua simulação computacional e validação experimental. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e nos campos da automação e da robótica pelas diversas vantagens que o caracterizam. Dentre estas vantagens considera-se uma tecnologia de baixo custo, manutenção fácil, boa relação peso/potência, rapidez de resposta e principalmente uma tecnologia limpa, que não polui o meio ambiente. Porém, para atuadores pneumáticos a modelagem matemática é complexa quando comparada a outros tipos de acionamentos, pois apresentam limitações no controle decorrente das características não lineares inerentes ao sistema. Estas características não lineares resultam da alta compressibilidade do ar e das 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 linear. A modelagem matemática é muito importante para entendimento e previsão do comportamento dinâmico de atuadores pneumáticos e pode contribuir para a adequada aplicação e desempenho em sistemas automáticos, principalmente na definição de estratégias de controle. Neste trabalho, desenvolveu-se a formulação de um modelo matemático não linear completo de 5ª ordem que representa o comportamento dinâmico do atuador pneumático. Com o objetivo de comparação com o modelo desenvolvido, apresenta-se também um modelo matemático não linear de 3ª ordem, validados experimentalmente. Por fim, foram realizados testes de controle de força em malha aberta variando-se a pressão de suprimento do sistema. Os resultados obtidos ilustram as características do modelo matemático desenvolvido. / 94 f.

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.

Este texto trata da estimação de espectro direcional de ondas a partir de movimentos de primeira ordem de sistemas oceânicos estacionários utilizando um método de inferência bayesiano. Após descrição do método e discutidas suas principais fontes de incertezas, este foi validado experimentalmente através de ensaios com dois tipos de embarcações para ondas irregulares e mares bimodais, e verificado com dados de monitoração em escala real. Uma comparação preliminar com dados provenientes de um radar próximo ao sistema monitorado também foi feita. Com base nestes resultados, discute-se a eficiência do método e suas limitações. / This text is about estimating directional wave spectra based on first order motions of stationary systems by means of a bayesian inference method. After being described the method and its main sources of uncertainties discussed, an experimental validation was carried out with two different types of hulls for irregular waves and bimodal seas, with a posterior verification using data from a real scale monitoring campaign. Also, a preliminary comparison with data from a radar in the vicinities of the monitored system was made. Based on those results, the methods efficiency is discussed, along with its limitations.

Este texto trata da estimação de espectro direcional de ondas a partir de movimentos de primeira ordem de sistemas oceânicos estacionários utilizando um método de inferência bayesiano. Após descrição do método e discutidas suas principais fontes de incertezas, este foi validado experimentalmente através de ensaios com dois tipos de embarcações para ondas irregulares e mares bimodais, e verificado com dados de monitoração em escala real. Uma comparação preliminar com dados provenientes de um radar próximo ao sistema monitorado também foi feita. Com base nestes resultados, discute-se a eficiência do método e suas limitações. / This text is about estimating directional wave spectra based on first order motions of stationary systems by means of a bayesian inference method. After being described the method and its main sources of uncertainties discussed, an experimental validation was carried out with two different types of hulls for irregular waves and bimodal seas, with a posterior verification using data from a real scale monitoring campaign. Also, a preliminary comparison with data from a radar in the vicinities of the monitored system was made. Based on those results, the methods efficiency is discussed, along with its limitations.

A abordagem de linha de produto de software (LP) tem como objetivo principal promover a geração de produtos específicos de um determinado domínio com base na reutilização de uma infraestrutura central, chamada núcleo de artefatos. Um dos principais artefatos do núcleo de uma LP é a Arquitetura de LP (ALP), que representa a abstração de todas as arquiteturas de sistemas únicos que podem ser gerados, para um domínio específico. Avaliações de ALP são importantes, pois permitem aumentar a produtividade e a qualidade dos produtos da LP, bem como, seus resultados permitem a análise de metas de negócio e de retorno de investimento. Este trabalho propõe um método sistemático para avaliação de ALP, o SystEM-PLA (a Systematic Evaluation Method for Software Product Line Architectures). Tal método considera modelos de ALP em UML, por ser uma notação amplamente conhecida e consolidada. SystEM-PLA é composto por um metaprocesso de avaliação, diretrizes que guiam o usuário em como avaliar uma ALP e métricas básicas para modelos UML e atributos de qualidade. O método utiliza a abordagem SMarty (Stereotype-based Management of Variability), para gerenciar variabilidades em LP baseadas em UML. Análises de trade-off com o objetivo de priorizar atributos de qualidade para o desenvolvimento e evolução dos produtos de uma LP são realizadas com base na aplicação e coleta das métricas do SystEM-PLA em configurações de uma ALP. As métricas propostas para os atributos de qualidade complexidade e extensibilidade foram validadas por meio de um estudo experimental. Evidências indicaram a viabilidade de aplicação do método SystEM-PLA na indústria com base em um estudo experimental realizado com profissionais de uma empresa de grande porte no setor de desenvolvimento de software / The software product line (PL) approach aims at promoting the generation of specific products from a particular domain based on the reuse of a central infra-structure, so-called core assets. One of the main assets of a PL is the PL Architecture (PLA) that represents the abstraction of all possible single-product architectures that can be generated for a particular domain. PLA evaluations are important due to allow the increasing of the productivity and the quality of PL products, as well as their results allow business drivers and return on investment analyzes. This work proposes a Systematic Evaluation Method for Software Product Line Architectures, the SystEM-PLA. This method takes into account UML models with PLA variability explicitly represented, since UML is a widely known and consolidated notation. SystEM-PLA is composed of an evaluation meta-process, guidelines that drive the user on how to evaluate a PLA, and basic and quality attribute metrics. This method uses the proposed approach Stereotype-based Management of Variability (SMarty) to manage variabilities in UML-based PLs. Trade-off analyses to prioritize quality attributes for the development and evolution of PL products are carried out based on the application and collection of the SystEM-PLA metrics from PLA configurations. The quality attribute metrics were validated trough an experimental study. Evidences indicated the SystEM-PLA application feasibility in industry based on an experimental study, planned and conducted with professionals from a large software development organization

A abordagem de linha de produto de software (LP) tem como objetivo principal promover a geração de produtos específicos de um determinado domínio com base na reutilização de uma infraestrutura central, chamada núcleo de artefatos. Um dos principais artefatos do núcleo de uma LP é a Arquitetura de LP (ALP), que representa a abstração de todas as arquiteturas de sistemas únicos que podem ser gerados, para um domínio específico. Avaliações de ALP são importantes, pois permitem aumentar a produtividade e a qualidade dos produtos da LP, bem como, seus resultados permitem a análise de metas de negócio e de retorno de investimento. Este trabalho propõe um método sistemático para avaliação de ALP, o SystEM-PLA (a Systematic Evaluation Method for Software Product Line Architectures). Tal método considera modelos de ALP em UML, por ser uma notação amplamente conhecida e consolidada. SystEM-PLA é composto por um metaprocesso de avaliação, diretrizes que guiam o usuário em como avaliar uma ALP e métricas básicas para modelos UML e atributos de qualidade. O método utiliza a abordagem SMarty (Stereotype-based Management of Variability), para gerenciar variabilidades em LP baseadas em UML. Análises de trade-off com o objetivo de priorizar atributos de qualidade para o desenvolvimento e evolução dos produtos de uma LP são realizadas com base na aplicação e coleta das métricas do SystEM-PLA em configurações de uma ALP. As métricas propostas para os atributos de qualidade complexidade e extensibilidade foram validadas por meio de um estudo experimental. Evidências indicaram a viabilidade de aplicação do método SystEM-PLA na indústria com base em um estudo experimental realizado com profissionais de uma empresa de grande porte no setor de desenvolvimento de software / The software product line (PL) approach aims at promoting the generation of specific products from a particular domain based on the reuse of a central infra-structure, so-called core assets. One of the main assets of a PL is the PL Architecture (PLA) that represents the abstraction of all possible single-product architectures that can be generated for a particular domain. PLA evaluations are important due to allow the increasing of the productivity and the quality of PL products, as well as their results allow business drivers and return on investment analyzes. This work proposes a Systematic Evaluation Method for Software Product Line Architectures, the SystEM-PLA. This method takes into account UML models with PLA variability explicitly represented, since UML is a widely known and consolidated notation. SystEM-PLA is composed of an evaluation meta-process, guidelines that drive the user on how to evaluate a PLA, and basic and quality attribute metrics. This method uses the proposed approach Stereotype-based Management of Variability (SMarty) to manage variabilities in UML-based PLs. Trade-off analyses to prioritize quality attributes for the development and evolution of PL products are carried out based on the application and collection of the SystEM-PLA metrics from PLA configurations. The quality attribute metrics were validated trough an experimental study. Evidences indicated the SystEM-PLA application feasibility in industry based on an experimental study, planned and conducted with professionals from a large software development organization