O presente trabalho trata do projeto, construção e análise de desempenho de um robô pneumático com três graus de liberdade. Foi fundamentado no trabalho de Frasson (2007) com alterações na escolha de componentes que permitissem a redução de custos. Tem como objetivo verificar se um robô comandado por válvulas solenóide rápidas, e controlado pela técnica baseada em modos deslizantes (Slide Mode Control), tem desempenho adequado para permitir sua aplicação em processos industriais. Os testes efetuados para constatar seu desempenho foram os de deslocamento em degrau (step) e o seguimento de trajetória. A configuração do robô é cartesiana por permitir que os eixos do robô trabalhem desacoplados, facilitando o estudo dos movimentos. Os resultados dos testes de deslocamento em degrau e os de seguimento de trajetória indicam que o robô mostrou-se eficiente no posicionamento final em relação os valores definidos pela camada limite. Observou-se também que a combinação entre o tempo de resposta da válvula solenóide e a vazão de ar que atravessa à válvula (constante no caso de válvulas solenóide) estabelece a dinâmica dos cilindros e, dependendo da velocidade determinada para o deslocamento do êmbolo resulta impossível manter a movimentação dentro da camada limite escolhida. Desta forma o robô cartesiano com acionamento por eletroválvulas pneumáticas e controlado através da técnica baseada em modos deslizantes, mostrou-se eficiente para tarefas em que é necessário um de posicionamento final dentro da camada limite, como podem ser as de montagem e armazenamento, por exemplo. Já nas aplicações em que o seguimento de trajetória se torna necessário, deve ser feito um estudo considerando o tempo de acionamento das válvulas, a vazão de ar e as velocidades que o robô deve desempenhar para determinar se a largura da camada limite necessária é aceitável para a aplicação pretendida. / The present work tries the design, construction and analysis of performance of one three degrees of freedom pneumatic robot. This work was substantiated in the work of Frasson (2007) with some alterations in the components choice to reduce costs. This work objective is to verify the robot, being commanded by quick solenoid valves, and controlled by a technique based on Slide Mode Control, permits their application in industrial trials. The tests performed for establish his performance were the displacement in step function and the following of path. This robot has a Cartesian configuration because the axis is free to move alone and the study of axes movement is easy. The tests results indicate that a pneumatic robot had precise perform in the tests of displacement in step, positioning itself inside the streak of default tolerance in each one of the axes. Also the solenoid valve response time and the solenoid valve air flux make a cylinder dynamics and depends on speed choice to piston movement may be impossible to maintain the motion inside of the sliding surface. Then a Cartesian pneumatic robot commanded by fast solenoid valves a having an Slide Mode Control show efficient to deal with assignments which need a final location inside the limit area, as assemblies or storage assignments. In cases where following of path is important, is need an specific study on valves switching time, air flow and speed needed in robot operation to determine if the limit region defined is accepted for the assignments choiced.

Servoposicionadores pneumáticos são sistemas com tecnologia limpa, pois utiliza o ar comprimido como fluido de trabalho, leves, baratos e apresentam boa relação entre a capacidade de carga e a potência fornecida. Contudo, eles apresentam não-linearidades inerentes ao sistema pneumático, como efeitos devidos à compressibilidade do ar, ao atrito e vazamentos. Por estes motivos os controladores lineares mostram-se ineficientes para estes sistemas e é necessário utilizar estratégias de controle mais elaboradas, como, por exemplo, controle por redes neurais, controle com estrutura variável, controle adaptativo ou baseado em linearização por realimentação. Neste trabalho, foi estudada a aplicação do método de linearização por realimentação aliada ao método de controle por realimentação de estados e projeto por alocação de pólos ao controle de um servoposicionador pneumático. A estratégia de linearização por realimentação utiliza as estimativas das não-linearidades do modelo pneumático para linearizar o comportamento do servoposicionador pneumático e permitir o uso tanto de controladores lineares como não-lineares. A análise e prova das características de estabilidade completa do sistema em malha fechada com parâmetros conhecidos foi realizada, obtendo-se a garantia da convergência dos erros de seguimento para zero. Também foi realizada a análise de robustez, com a análise do comportamento do sistema frente às incertezas dos parâmetros estimados. Simulações e ensaios experimentais foram realizados para avaliar o comportamento e a eficiência do controlador proposto. Os resultados do controlador mostram-se promissores, com uma redução de aproximadamente 50% no erro de posição no seguimento de trajetória e na parada precisa com relação às técnicas lineares usualmente aplicadas a estes sistemas. Entretanto, no posicionamento percebe-se a influência do atrito, indicando que a sua compensação deve ser considerada em futuros desenvolvimentos. / Pneumatic positioning systems are clean, lightweight, cheap and present a good rate between the payload and supply power. However, this system shows a highly non-linear behavior, caused mainly by the compression of the air and the friction force. Linear strategies do not present an efficiently control in this kind of system and an improved design technique of control is needed, as neural network control, adaptive control, variable structure control or feedback linearization. In this work, it is developed the application of a feedback linearization control scheme integrated with the state feedback and pole placement method to a pneumatic positioning system. The feedback linearization strategy uses the non-linearities estimation of the pneumatic model to linearize the pneumatic positioning system and allow the use of linear or non-linear controls technique to control the behavior of the servopositioner. In this work, an analysis of the convergence properties of the closed-loop errors of the system when the proposed controller is employed is provided. It is shown that if the parameters are known than the system presents asymptotic convergence of the tracking errors to zero. The robustness properties analysis of the controller is also presented and the system behavior with the uncertainty parameters is analysed. Simulation and experimental tests were performed to assess the behavior and the efficiency of the feedback linearization control. The result of the proposed control shows to be promising on the reduction of position errors in trajectory tracking and in steadystate behavior. The tests show the presence of a strong influence of the friction force and that the friction comparation in techniques must be studied in futher developments.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCPN.pdf: 1947104 bytes, checksum: 83f6be7e33c74b245d8130de2b6102df (MD5) Previous issue date: 2004-03-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / Pneumatic dryers are widely applied in industry, mainly because the transport of particulate material can be performed simultaneously with heating and drying operations. However, the design of such equipment is still based on empirical knowledge and fundamental researches on drying still need further development because few experimental works in literature focus simultaneously the momentum, heat and mass transfer mechanisms involved during a drying process. Therefore, the purpose of this work is to analyze the fluid dynamic and thermal behavior in a vertical pneumatic bed by carrying out experimental investigation and analyzing the variables and parameters involved in the process through correlations available in literature and mathematical models, aiming to contribute for a better understanding of the drying phenomena. In the tests was employed a drying bed made of galvanized iron with diameter of 53.4mm, length of 4.1m. The solids are fed into the tube by a gravitational feeder. The experimental data were obtained for two materials: glass spheres (flat surface and non porous structures) and alumina particles (wrinkled surface and porous structures), both with mean diameter of 3.68mm. From experimental results, it was possible to check the operational behavior of the solids feeder, to estimate the fluid-wall attrition coefficient and to identify the flow regimes by locating the dilute and dense phase regions in curves of pressure gradient versus air velocity. The thermal analysis was accomplished by measuring gas and solids temperature profiles and also by solving the energy balances applied to solid and fluid phases. Therefore, it was possible to compare the experimental and theoretical profiles of gas and solids temperatures and also to determine the gas-solid heat transfer coefficient under different conditions of solid flow rates and air velocity. A comparison between the heat transfer coefficient and pressure drop versus air velocity curves shows that the gas-solid heat transfer coefficients are higher in the transition between the dense and dilute regimes. Concerning the investigation of drying in pneumatic beds, it was observed that it is very difficult to measure precisely the local values of gas and solid moistures and the solids temperature, mainly at dilute flow conditions. Through the simulation of one-dimensional mathematical models from Rocha (1988) and Pelegrina and Crapiste (2001) it was verified that the theoretical profiles of gas and solids temperature and moisture are strongly dependent on the correlations used for estimation of heat transfer coefficients. It can be concluded that further studies on the drying in pneumatic beds require the improvement of experimental techniques and the development of new methodologies aiming the validation of models. / Os secadores pneumáticos são muito utilizados na indústria, uma vez que durante a operação podem ocorrer simultaneamente o transporte, o aquecimento e a secagem de material particulado. Entretanto, os projetos para este tipo de equipamento ainda são baseados em conhecimentos empíricos e as pesquisas fundamentais não têm tido progressos significativos devido à escassez de trabalhos experimentais que analisem os mecanismos de transferência de quantidade de movimento, calor e massa envolvidos durante o processo de secagem. Desta forma, o objetivo desse trabalho é analisar o comportamento fluidodinâmico e térmico de um leito de transporte pneumático e contribuir com a determinação experimental ou via correlações disponíveis na literatura das variáveis e parâmetros envolvidos no processo, para posterior conclusão do estudo da secagem e da análise da modelagem matemática. O leito de secagem utilizado apresenta uma tubulação de ferro galvanizado com 53,4mm de diâmetro interno e aproximadamente 4,1m de altura. A alimentação de sólidos foi feita por um alimentador tipo gravitacional. Os dados experimentais foram obtidos para dois materiais com características diferentes: esferas de vidro (superfície lisa e estrutura não porosa) e partículas de alumina (superfície rugosa e estrutura porosa), ambas com diâmetro médio de 3,68mm. A análise experimental do comportamento fluidodinâmico do leito pneumático possibilitou a verificação do comportamento operacional do alimentador de sólidos, a determinação do coeficiente de atrito fluido-parede, a identificação dos regimes de escoamento e com isso a possibilidade de mapear as regiões de fase densa e diluída durante o transporte dos materiais. A análise térmica foi realizada através de experimentos para determinação da temperatura do gás e dos sólidos ao longo do leito e também via resolução de equações de balanço de energia para as fases. Desta forma, foi possível comparar o comportamento dos perfis experimentais e teóricos de temperatura do gás e dos sólidos e ainda determinar o coeficiente de transferência de calor gás-sólido sob diferentes condições de vazões de sólidos e velocidade do gás. A observação dos valores de coeficiente de transferência de calor assim como das curvas características para identificação dos regimes de escoamento indicaram que o coeficiente de transferência de calor gás-sólido é maior na faixa de transição entre o escoamento denso e diluído. Com relação à experimentação observou-se que para estudos da secagem em leitos pneumáticos ainda existe uma grande dificuldade em se determinar precisamente os valores locais (pontuais) de umidade do gás e dos sólidos e de temperatura dos sólidos, principalmente para condições de escoamento em regime diluído. Através da simulação dos modelos matemáticos unidimensionais de Rocha (1988) e Pelegrina e Crapiste (2001) verificou-se que os perfis teóricos de temperatura e umidade, do gás e dos sólidos, foram bastante dependentes das correlações utilizadas para determinação do coeficiente de transferência de calor. Para estudos da secagem em leitos pneumáticos há a necessidade de melhorar a experimentação e desenvolver metodologias para buscar a validação com resultados experimentais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4643.pdf: 11178307 bytes, checksum: b2f19d45bb0943c68a36e0794b2f1f11 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The radial and axial distributions of coarse solids when fed directly in a riser are unknown, despite this type of feeding is very important for drying and preheating of solids during conveying. In this context, this thesis focused on studying the diluted conveying of coarse solids in a riser that was fed by a Venturi feeder in vertical orientation. Experiments were done with particles of 1mm averaged diameter conveyed in a riser (5.32cm of diameter) to obtain the mass loading ratio used in simulations. The assays also made pressure data available to verify the simulations. Eulerian simulations using models based on kinetic granular theory were done. The main goal was to evaluate solids distribution in gas-solid flow for this type of system. The 2D simulations were used to get a stable pattern downstream the feeder after the development length. However, the solid feeding structures generated near feeding percolated the entire riser and, as a consequence, there was no stable pattern. As a consequence, no pattern was found to represent solid phase behavior, since the axial symmetric assumption is invalid for the Venturi feeder. Therefore, only 3D simulations can be used to study asymmetric feeding for the conditions applied, even for a relatively long riser with small diameter. Experimental pressure data was approximately predicted by 3D simulations and prediction was better as the mesh was refined. However, the refined meshes applied in shorter risers to decrease computational effort showed the same solid flow behavior that was seen in the coarser mesh. The 3D simulations showed that there were clusters in the entire experimental riser. Moreover, clusters were generated by solid phase flow near feeding and some of them percolated the entire riser while mixing others. In addition, simulations showed that the bypass region on feeding is in the opposite side from feeding pipe. / As distribuições radial e axial de material particulado grosseiro em trecho vertical com alimentação nesta mesma orientação são desconhecidas. Tendo em vista a importância desta configuração para aplicações de secagem e préaquecimento de sólidos na indústria, foi analisado o comportamento do escoamento gás-sólido em transporte pneumático diluído alimentado diretamente em trecho ascendente utilizando-se um dispositivo Venturi. Para tanto, a tese apresenta simulações eulerianas com modelos baseados na teoria cinética granular do escoamento gás-sólido em um trecho vertical. Simulações com hipótese de simetria axial (bidimensionais) e tridimensionais foram realizadas. A razão mássica de carga utilizada nas simulações foi obtida em ensaios experimentais com transportador de mesmas dimensões que as simuladas. Apesar de a simetria axial ser inválida para o alimentador em questão, as simulações bidimensionais foram realizadas com o objetivo de encontrar um padrão radial de escoamento para regiões que se afastassem da alimentação. No entanto, avaliou-se que a alimentação influía nos campos escalares de fração de sólidos das soluções numéricas para comprimentos relativamente longos. Assim, somente simulações tridimensionais puderam ser usadas para analisar o escoamento até a altura simulada para o alimentador em questão. As simulações tridimensionais mostraram a existência de uma série de agrupamentos de sólidos ao longo do trecho ascendente. As condições para a formação desses agrupamentos originavam-se da própria alimentação de sólidos. Na ausência de dados experimentais com relação aos detalhes da fluidodinâmica da fase sólida, foram obtidos resultados de pressão ao longo de um transportador pneumático para verificação experimental das simulações. O perfil de queda de pressão obtido na simulação tridimensional aproximou-se dos resultados experimentais. Além disso, o refinamento de malha reduziu os desvios comparativos de perda de pressão na alimentação. Devido à redução dos desvios experimentais, dois refinamentos de malha foram realizados. Ambos verificaram a formação de agrupamentos obtida com a malha grosseira.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1537.pdf: 960457 bytes, checksum: fa5ba0f807495889541d760a9070fd84 (MD5) Previous issue date: 2007-03-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / Pneumatic transport is an operation where powdery and granular materials are conveyed through a pipeline suspended in a gas flow. It is usually found in several industries segments and it is used as a carrier, such as, in beans production; drying operation, like grain dryers; or as reactors, in cracking catalytic reactions, combustion operations and precalciner. One of most important parts in a pneumatic conveying is the feeding system since in this area takes place an abrupt change of momentum due the introduction of solids and this influences the fluid dynamic of the system. The purpose of this wok was to carry out a study of influence of three feeders (gravity feeder, gravity feed concerted with a reduction of area and gravity feed concerted with a venturi) in the fluid dynamic of the system, identifying the main aspects of the feeders and their effects in the global system. The influence of dp and the throat diameter in the venturi feeder was evaluate. Experimental data showed that the fluid dynamic and feeding device was linked, and the shape and size of the feeder and the particle size dictated the possible operation conditions for the transport. Finally, was observed that in the literature, many authors don t consider the feeding system in their studies about pneumatic conveying. However, the results showed that special attention should be given to the feeders, since it can generate high pressure losses which increase the systems costs or even make it impracticable. / O transporte pneumático consiste em uma operação na qual materiais pulverulentos ou granulares são transportados através de uma tubulação, suspensos em uma corrente de gás. É comumente encontrado em diversos segmentos industriais, sendo utilizados como transportadores, por exemplo, na produção de grãos; como secadores, na secagem de cereais e bagaço de cana para queima; ou como reatores, em reações de craqueamento catalítico, operações de combustão e calcinação. Dentre as partes que compõem um leito pneumático, a alimentação é uma das áreas mais cruciais e importantes, uma vez que a fluidodinâmica do leito sofre alteração devido à brusca mudança de quantidade de movimento que ocorre neste ponto provocada pela inserção da fase particulada. O objetivo principal deste estudo foi realizar uma análise fluidodinâmica num loop pneumático com três diferentes configurações de alimentadores (alimentador gravitacional; alimentador gravitacional combinado com bocal redutor e alimentador gravitacional combinado com Venturi), identificando cada aspecto importante em relação à configuração de alimentação e seu efeito no sistema como um todo. A influência do diâmetro de partícula (dp) na fluidodinâmica do leito, operando com os alimentadores citados, foi analisada. Finalmente, uma avaliação da influência do diâmetro de garganta do alimentador Venturi foi realizada. Pelos resultados obtidos é possível confirmar que, de fato, a fluidodinâmica de um transportador pneumático é relacionada com o sistema de alimentação, e que a configuração, formato e tamanho destes, ditam as condições operacionais possíveis para tal sistema. Outro fator que também influi na delimitação destes limites é dp. Finalmente, nota-se que na literatura, muitos dos trabalhos referentes a transportadores pneumáticos não consideram a alimentação nas suas análises e muitos deles nem mesmo descrevem o tipo de alimentação utilizada. Porém, os resultados do presente trabalho evidenciam que atenção especial deve ser dispensada ao sistema de alimentação, pois este pode gerar elevada perda de carga, onerando o sistema ou mesmo inviabilizando-o.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2564.pdf: 1333168 bytes, checksum: 213ea9bc81b936a34a25200c96a96216 (MD5) Previous issue date: 2009-08-05 / Universidade Federal de Sao Carlos / The pneumatic conveyor using a spouted bed as a particle feeding method has been studied in the past years in the Centro de Secagem/DEQ/UFSCar. In the literature there are some studies related to the fluid dynamics behavior of this type of conveyor, which can be found in the following works: Ferreira (1991); Ferreira e Freire (1992); Ferreira (1996), Silva (1997) e Costa, (2001). The aim of this work is: (i) to analyze the fluid dynamics behavior through experimental data obtained for the gas-solid flow in the dense and dilute phase and also, to evaluate the influence of the distance between the inlet of the contactor and the entrance of the conveyor pipe (z0); (ii) to apply the model developed by Zorana et al. (2004) for predicting the pressure, voidage, gas and solids velocity profiles, and compare the simulated and experimental results; (iii) to analyze the influence of the inlet temperature in the fluid dynamics, heat transfer and water evaporation behaviors. In this work glass beads with dp = 2.7 mm and rp = 2500 kg/m3 were used as a particulate phase. In the drying experiments water was used as an ideal suspension. The average and the standard deviation of the experimental variables were acquired using a LYNX data acquisition system and a routine made in the LabView software. It was possible to verify that the different z0 (5.0, 5.5, 6.0 e 6.5 cm) studied here influenced significantly the fluid dynamic behavior. Also, the dense and dilute regimes were identified by analyzing the experimental pressure gradients. The model used in this work was able to predict the experimental data satisfactorily. Although a significant influence of the air inlet temperature in the fluid dynamics and heat transfer behaviors was not observed in the range (80 and 100 ºC) studied here, it does affect the water evaporation rate, which was higher for the highest temperature. / O transportador pneumático com alimentador tipo jorro vem sendo estudado ao longo dos anos no Centro de Secagem do DEQ/UFSCar. Dentro do contexto de informações sobre este tipo de transportador, existem na literatura estudos que tiveram como foco analisar seu comportamento fluidodinâmico, os quais podem ser encontrados nos trabalhos de Ferreira (1991); Ferreira e Freire (1992); Ferreira (1996); Silva (1997) e Costa (2001). O presente trabalho teve como objetivos: (i) analisar o comportamento fluidodinâmico a partir de um estudo experimental no escoamento gás-sólido nos regimes denso e diluído, avaliando a influência da distância entre a base do alimentador tipo jorro e a entrada do tubo de transporte, denominada de z0; (ii) realizar a verificação de um modelo encontrado na literatura, o modelo proposto por Zorana et al. (2004) para descrever os perfis de pressão, porosidade e velocidade dos sólidos no tubo de transporte, e (iii) analisar a influência da temperatura do ar de entrada no comportamento fluidodinâmico, térmico e na evaporação da água. Na realização deste trabalho foram utilizadas esferas de vidro como partículas inertes com densidade igual a 2500 kg/m3 e diâmetro médio de 2,7 mm. Para os ensaios de evaporação foi usada a água considerada como suspensão ideal . Os dados foram obtidos utilizando-se de um sistema de aquisição de dados da marca LYNX constituído por uma placa condicionadora de sinais e uma placa de aquisição de dados. Para a visualização das medidas foi utilizada uma rotina desenvolvida usando o software LabView, o qual forneceu a média e o desvio padrão dos dados de pressão e vazão mássica do ar de entrada. Analisando os dados obtidos de vazão de sólidos, da pressão estática e dos gradientes de pressão foi possível observar que o comportamento fluidodinâmico foi influenciado pelos diferentes z0 utilizados (5,0; 5,5; 6,0 e 6,5 cm). A análise dos dados de gradiente de pressão em função da velocidade superficial do ar permitiu identificar os regimes de escoamento denso e diluído. Os resultados simulados mostraram que o modelo foi capaz de predizer satisfatoriamente o comportamento fluidodinâmico para as condições de entrada utilizadas. Em relação à transferência de calor os resultados mostraram que para a faixa de temperatura do ar investigada a influência não é significativa, pois foram apresentados comportamentos fluidodinâmicos e térmicos semelhantes para ambas as temperaturas, 80 e 100ºC. No caso da evaporação da água foram observados maiores potenciais de evaporação para a maior temperatura do ar de entrada.

Este trabalho aborda o desenvolvimento da estrutura da base e do sistema de acionamento, transmissão e controle do 1º grau de liberdade de um robô cilíndrico de 5 graus de liberdade acionado pneumaticamente. A base é construída com alumínio estruturado de elevada rigidez, o que confere a sua estrutura mecânica baixas deformações em situações de operação do robô. Além de constituir a estrutura de apoio do manipulador, a base serve de repositório para diversos componentes de sensoriamento e comando dos diversos graus de liberdade do robô e ainda apresenta elementos estruturais que são utilizados como acumuladores de ar comprimido que servem para atenuar as flutuações de pressão nos atuadores pneumáticos. O 1º grau de liberdade do robô, de acordo com a concepção de um robô cilíndrico, é relativo ao giro do conjunto de elos do manipulador em torno do eixo vertical. O seu movimento é comandado por um atuador pneumático linear acoplado a um eixo rotativo por uma correia sincronizadora. O controlador proposto é baseado na técnica de realimentação de estados com alocação de polos e compensa a variação do momento de inércia do manipulador devida ao movimento do robô. Este esquema é baseado em um modelo matemático parametrizado que provê continuamente o valor de massa equivalente acoplada ao primeiro grau de atuador de liberdade. Assim, a cada ciclo de controle, os ganhos do controlador são recalculados a partir do valor atual da massa equivalente, visando a compensar sua variação. São apresentados resultados experimentais e discussões sobre o cálculo da massa equivalente e desempenho do controlador no seguimento de trajetória. / This work deals with the design of the base frame, drive, transmission and control systems used in the first degree of freedom of a pneumatically actuated cylindrical robot with five degrees of freedom. The base is constructed with high stiffness aluminum parts, which achieve low mechanical deformation in operational working conditions. Furthermore, the base structure in used as sensor and pneumatic components compartment and comprises aluminum structural elements that are used as accumulators compressed air used for reducing the pressure fluctuations on the pneumatic actuators operation. The first degree of freedom, according to the usual design of a cylindrical robot, is relative to the rotation of the manipulator arm around its vertical axis. This degree of freedom is controlled by a linear pneumatic actuator coupled to a rotary axis mechanism by an industrial synchronous belt. The proposed controller is based on the state feedback technique with pole location and compensates the variation of the moment of inertia of the manipulator due to the motion of the robot. This scheme is based on a parameterized mathematical model that continuously provides the equivalent mass value coupled to the first degree of freedom actuator. So, in each control cycle, the controller gains are recalculated on the basis of the equivalent mass, compensating its variation. Results of experiments and discussions about the equivalent mass calculation and controller performance are presented.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. / This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.

As válvulas de controle são os elementos finais da grande maioria das malhas de controle existentes na indústria. Além disso, sabe-se que o atrito pode causar variabilidade na malha em questão, o que geralmente é indesejável para o desempenho do processo. Ademais, cerca de 20 a 30% das oscilações nas malhas de controle são causadas por atrito ou histerese. Outro ponto relevante é que muitas vezes não é possível realizar a manutenção da válvula que esteja apresentando uma variabilidade considerável, já que muitas vezes não é desejado e nem possível parar o processo em questão para o reparo da válvula. Dessa forma, o estudo de métodos de compensação de atrito se faz necessário como uma maneira de melhorar o desempenho da malha de controle nesta situação até que seja feita a manutenção da planta industrial. Este trabalho apresenta controladores com compensação de atrito e analisa seu desempenho comparado com outros compensadores já conhecidos e amplamente utilizados, através de ensaios na Planta Piloto de Vazão da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The control valves are the final elements of most of the control loops in industry. Besides, the friction can cause variability in the process, which is an undesirable situation. Furthermore, about 20% to 30% of the oscillations in control loops are caused by friction or hysteresis. Another relevant fact is that much times it is not possible to make the maintenance of the valve that is under a considerable variability, because it is not desirable nor possible to stop the process to make the maintenance of the control valve. Thereby, studying friction compensation methods is necessary as a way to improve the control loop performance in this situation until the industrial plant maintenance is made. This dissertation presents controllers with friction compensation and analyzes its performances compared with other known and widely used compensators through experiments made at the Flow Pilot Plant of Polytechnic School of University of São Paulo.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle em tempo real para servoposicionadores pneumáticos baseado em microcontroladores. Os servoposicionadores pneumáticos, por apresentarem características tais como baixo preço, por serem não poluentes e de fácil utilização, além de apresentarem boa relação peso/potência, são atraentes para utilização na área de robótica. Entretanto, devido às suas não-linearidades inerentes, os servoposicionadores pneumáticos apresentam dificuldades que devem ser superadas para a sua adequada utilização em atividade de posicionamento preciso. Assim, visando compensá-las, estão sendo atualmente desenvolvidos algoritmos e técnicas cada vez mais complexas que exigem, por isso, ferramentas programáveis de controle com cada vez maior poder de processamento. Este trabalho apresenta, a partir de uma revisão bibliográfica, as soluções mais utilizadas para o controle digital de sistemas automáticos e de estudos sobre os dispositivos e componentes disponíveis no mercado, uma proposta econômica para o controle em tempo real de servoposicionadores pneumáticos. Para verificar a eficiência da solução proposta, a arquitetura de controle desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático. Para tanto, projetou-se e programou-se o tradicional controlador linear PID (Proporcional – Integral – Derivativo) e o controle não linear a estrutura variável baseado em modos deslizantes (Slide Mode Control). A partir dos resultados apresentados e das suas discussões pode-se avaliar o desempenho da arquitetura desenvolvida no controle do servoposicionador pneumático. / This work discusses the development of an electronic real-time control system for microcontroller-based pneumatic servopositioners. The servopositioners offer attractive characteristics for use in robotics, such as low price, non-polluting operation, being easy to use and with a good power/weight ratio. However, due to their inherent non-linearities, the servopositioners present difficulties in precise positioning applications. To compensate these difficulties, the use of complex algorithms and new techniques are currently being availed, requiring hardware for programmable control with increasing processing power. This paper presents an economic proposal for real-time control of servopositioners, starting from a literature review of the most popular solutions for digital control of automated systems and from studies of devices and commercial components currently available. To verify the efficiency of the proposed solution, the control architecture developed was used for the control of a pneumatic servopositioner. Therefore, we designed and programmed a traditional linear controller PID (Proportional – Integral – Derivative) and a nonlinear control based on variable structure sliding mode (Slide Mode Control). The results obtained in trajectory tracking tests were used to evaluate the performance of the developed architecture.