CAPTULO 5 1 Ferramentas para modelagem de sistemas

CAPÍTULO 5 1. Ferramentas para modelagem de sistemas mecatrônicos 2. Descrição de atuadores utilizados em sistemas mecatrônicos 3. Sistema de transmissão mecânica 4. Sistemas de controle em malha aberta 5. Sistemas de controle em malha fechada 6. Modelagem de sistemas de acionamento © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

1. Ferramentas para modelagem de sistemas mecatrônicos • A complexidade das aplicações na área de automação e controle industrial exige a utilização de metodologias que permitam especificar de forma clara, concisa e não ambígua todos os requisitos funcionais dessas aplicações. • O Grafcet – uma ferramenta de desenho flexível que, incorporada a linguagens de programação, facilita o desenvolvimento de muitos automatismos – permite algo mais do que a descrição e a interpretação gráfica de processos. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Representação esquemática dos elementos de um Grafcet © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Sistema de controle realimentado © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

2. Descrição de atuadores utilizados em sistemas mecatrônicos Atuadores Dispositivos mecânicos que aplicam ou fazem atuar energia mecânica sobre uma máquina: • transdutores de saída que alteram a grandeza controlada; • transdutores eletrônicos que convertem energia elétrica em uma quantidade física. • os atuadores adquirem diferentes significados conforme a área tecnológica em que são utilizados. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Utilização de atuadores Os atuadores podem ser utilizados na forma de: Motores: nos sistemas de controle de posição e velocidade, nos robôs e máquinas industriais etc. ; Eletroímãs: um sistema de atuação usado em aplicações como o transporte de peças de ferro ou níquel por guindastes ou por garras de robôs e travas magnéticas; dentre suas utilizações industriais estão: – freios magnéticos; – fechadura magnética. Válvulas solenóides: são freqüentemente utilizadas em aplicações industriais, por meio do controle de fluxo de líquidos ou ar comprimido. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

3. Sistema de transmissão mecânica As transmissões mecânicas podem ser dos mais variados tipos e modelos e se diferenciam segundo a forma de acoplamento de suas entradas e saídas, que podem ser: • rodas de fricção; • polias conectadas a correias ou correntes; • engrenagens; • rodas dentadas. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Princípio de funcionamento de um sistema de transmissão mecânica © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Representação de sistemas equivalentes © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

4. Sistemas de controle em malha aberta • Nos sistemas de controle em malha aberta, o controle é exercido sem que haja uma amostragem do resultado ao longo do processo. • Tais sistemas não possuem sensores externos e, conseqüentemente, a ação do controle é independente da saída. • São exemplos de sistemas de controle em malha aberta: – Máquina elétrica de lavar roupa do tipo tanquinho; – Robô móvel deslocando-se ao longo de uma parede em que seus motores giram no sentido horário, possuindo sensores de toque. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Esquema básico de um sistema de controle © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Função de transferência associada a um sistema em malha aberta © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

5. Sistemas de controle em malha fechada • Um sistema de controle em malha fechada é aquele no qual existe uma realimentação da saída proveniente de um sensor que mede a variável de controle. • Esse sistema propicia um controle mais preciso porque o sinal controlado é realimentado e comparado com uma entrada de referência, e um sinal atuante proporcional à diferença entre a entrada e a saída é enviado para todo o sistema a fim de corrigir o erro. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Função de transferência associada a um sistema em malha fechada © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

6. Modelagem de sistemas de acionamento • Um sistema de acionamento típico em mecatrônica é constituído de um motor de corrente contínua (CC) acoplado a um redutor mecânico e à dinâmica do sistema. – O redutor é utilizado para proporcionar, com certo valor de torque, melhor performance no motor. – A dinâmica do sistema consiste no estudo das forças que condicionam o movimento. – Para acelerar um manipulador do seu estado inercial até uma velocidade constante e promover uma desaceleração, deve ser aplicado um conjunto de equações dinâmicas nas juntas dos atuadores. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Modelo de um sistema para acionamento de uma inércia © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Esquema de um motor CC controlado por armadura © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.