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Modelagem matemática dos perfis de temperatura e de pressão na cavidade de um molde de injeção
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Mecatrônica.A moldagem por injeção é um dos processos mais amplamente utilizados para fabricar peças de plástico. Esse processo é sensível a alterações no ambiente, sendo a pressão e a temperatura os fatores mais determinantes na qualidade do produto moldado. Consequentemente, sistemas de controle dedicados a mitigar perturbações nesses perfis dentro da cavidade do molde podem melhorar a qualidade dos produtos. Neste trabalho, será desenvolvido um modelo matemático que simule os perfis de temperatura e pressão ao longo do processo de injeção, servindo como base para a futura concepção do referido sistema de controle. Além disso, um algoritmo de otimização será implementado para ajustar automaticamente os parâmetros e coeficientes do modelo matemático aos dados experimentais, garantindo previsões precisas e adaptações rápidas em tempo real para melhorar a eficiência do processo. O modelo matemático desenvolvido foi eficaz na previsão dos perfis de temperatura e pressão durante o processo de moldagem por injeção, e se mostrou ideal para a aplicação em cenários industriais. Ademais, o algoritmo de otimização apresentou desempenho satisfatório ao ajustar os parâmetros dos modelos aos dados de referência, e contribui para a redução de defeitos nas peças moldadas e a otimização do processo de produção.Injection molding is one of the most widely used processes for manufacturing plastic parts. This process is sensitive to environmental changes, with pressure and temperature being the most determining factors in the quality of the molded product. Consequently, control systems dedicated to mitigating disturbances in these profiles within the mold cavity can improve product quality. In this work, a mathematical model will be developed to simulate the temperature and pressure profiles throughout the injection process, serving as a basis for the future design of the control system. Additionally, an optimization algorithm will be implemented to automatically adjust the parameters and coefficients of the mathematical model to experimental data, ensuring accurate predictions and quick real-time adaptations to improve process efficiency. The developed mathematical model was effective in predicting temperature and pressure profiles during the injection molding process and proved ideal for application in industrial scenarios. Furthermore, the optimization algorithm showed satisfactory performance in adjusting the model parameters to reference data, contributing to the reduction of defects in molded parts and the optimization of the production process
Desenvolvimento de um sistema de navegação para veículo aéreo não tripulado
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Aeroespacial.Aeronaves possuem uma dinâmica definida em seis graus de liberdade: três translações e três rotações. A composição de sinais de múltiplos sensores como acelerômetros, giroscópios, magnetômetros e GNSS deve ser utilizada para determinar a atitude e o deslocamento de um veículo aéreo. Este trabalho pretende resolver o problema de navegação aeroespacial usando métodos de fusão de dados como proposto por Madgwick e Kalman em sensores de baixo custo. O sistema é embarcado em um quadricóptero para testes e avaliação da eficiência dos algoritmos em voo. A atitude determinada pelo filtro de Madgwick teve desempenho suficiente, enquanto o filtro de Kalman exige melhorias para uma estimativa adequada do deslocamento.Aircraft has six degree of freedom dynamics: three translations and three rotations. The composition of signals from multiple sensors such as accelerometers, gyroscopes, magnetometers and GNSS must be used to determine attitude and displacement of an aerial vehicle. This work aims to solve the problem of aerospace navigation using methods of data fusion such as proposed by Madgwick and Kalman with low cost sensors. The system is embedded in a quadcopter for in flight testing and evaluation of algorithm efficiency. The attitude determined by the Madgwick filter performed well enough, while the Kalman filter requires improvements for an adequate displacement estimate
Precision automation of a microlens optical alignment process using an autocollimator
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Mecatrônica.Este trabalho propõe e avalia um método para a automatização do processo de cons
trução de microlentes destinadas a endoscópios descartáveis. A motivação principal
é reduzir o risco de contaminação cruzada associado ao uso de endoscópios reutilizá
veis, mesmo após processos de limpeza. Para viabilizar a produção de componentes
descartáveis, é necessário explorar materiais de baixo custo, que apresentam propri
edades ópticas inferiores. Assim, é crucial implementar um processo de montagem
preciso para compensar as limitações dos materiais e assegurar um desempenho óp
tico satisfatório. A automatização do processo surge como uma solução eficiente,
permitindo maior rapidez, redução de custos e precisão na montagem. Neste con
texto, o autocolimador, por sua capacidade de manipulação e análise de lentes de
tamanho reduzido, foi utilizado como ferramenta principal. O trabalho tem como obje
tivo principal avaliar a eficácia do método proposto, identificando erros e investigando
possíveis melhorias no processo. Os resultados obtidos demonstraram que o método
foi capaz de realizar o posicionamento das peças com precisão satisfatória, embora
ainda existam margens para aprimoramentos futuros. As melhorias implementadas ao
longo do estudo contribuíram para a evolução do processo, que apresentou resulta
dos promissores na automatização da construção de microlentes para aplicações em
endoscópios com partes descartáveis.This work proposes and evaluates a method for automating the construction process of
microlenses intended for disposable endoscopes. The main motivation is to reduce the
risk of cross-contamination associated with reusable endoscopes, even after cleaning
procedures. To enable the production of disposable components, it is necessary to
explore low-cost materials, which typically have inferior optical properties. Therefore,
implementing a precise assembly process is crucial to compensate for these material
limitations and ensure satisfactory optical performance. Process automation emerges
as anefficient solution, enabling faster, more cost-effective assembly while maintaining
satisfactory precision. In this context, the autocollimator was employed as the primary
tool due to its capability to handle and analyze small lenses. The main objective of this
study is to evaluate the effectiveness of the proposed method, identifying errors and
exploring potential improvements in the process. The results demonstrated that the
method successfully positioned the components with satisfactory accuracy, although
there is still room for future refinements. The improvements implemented during the
study contributed to the evolution of the process, which showed promising results in
automating the construction of microlenses for use in disposable endoscopes
Análise de Controladores PID Fracionários
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Mecatrônica.Controladores PID Fracionários são uma generalização do já conceituado controlador
PID. Embora seu uso ainda não seja muito comum, nos últimos anos houve esforço da
comunidade de controle para pesquisar sobre o tema, suas vantagens e desvantagens
em relação ao PID padrão. Tendo em vista isso, este trabalho irá abordar uma análise
comparativa dessa classe de controladores em relação ao PID clássico. Os resultados
serão demonstrados por meio de simulações com o software Octave/Matlab, incluindo
um estudo de casos com o pêndulo invertido, aplicando-se métodos de otimização
numérica para determinar parâmetros ótimos de ganhos para os testes. Por fim, propõese
trazer uma discussão sobre vantagens estruturais do PID Fracionário, assim como
suas desvantagens e ponderar sobre onde este melhor se encaixa dentro do panorama
de sistemas de controle
Controle digital em cascata de uma planta didática de levitação magnética com linearização por realimentação
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Mecatrônica.A suspensão de uma esfera de material ferromagnético em um campo magnético induzido por um eletroímã é um exemplo didático de suspensão magnética. Este sistema é instável em malha aberta e requer o controle em malha fechada para ter características aceitáveis de suspensão. Neste trabalho foi projetado um sistema de controle digital, empregando a técnica de controle em cascata para a planta descrita. Além disso, o sistema de controle incluiu um processo de linearização baseado nos valores instantâneos das variáveis de estado. O sistema de controle foi projetado com base em um modelo da planta no espaço de estados e seu desempenho foi avaliado através de simulações. A suspensão estável da esfera foi alcançada para perfis de referência com aceleração contínua. Além disso, perturbações determinísticas foram rejeitadas. Concluiu-se que a técnica de controle adotada é eficiente para estabilizar a posição da esfera e realizar o seguimento de referência para um certo tipo de perfil.The suspension of a sphere of ferromagnetic material in a induced magnetic field by an electromagnet is a didactic example of magnetic suspension. This system is unstable in open loop and it requires closed loop control to have acceptable suspension characteristics. In this work, a digital control system for the described plant has been designed using the cascade control technique. In addition, the control system included a linearization process based on the instantaneous values of the state variables. The control system is based on a plant's model in state space and its performance was evaluated through simulations. The stable sphere suspension was achieved for reference profiles with continuous acceleration. Furthermore, deterministic perturbations were rejected. It was concluded that the adopted control technique is efficient to stabilize the ball position and to perform the reference tracking for a certain type of profile
Projeto integrado de sistemas de suspensão ativa veicular
No full textDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico de Joinville, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Sistemas Eletrônicos, Joinville, 2019.Neste trabalho, é estudada a aplicação das estratégias de otimização sequencial, iterativa e aninhada no problema de projeto integrado dos parâmetros da estrutura mecânica e do controlador H8 em sistemas de suspensão automotiva. Além disso, uma estratégia de otimização sequencial com incertezas paramétricas é estudada. O problema de controle H8 é formulado usando desigualdades matriciais lineares. Esta abordagem permite que os parâmetros da estrutura mecânica sejam considerados como variáveis de decisão, caracterizando o problema de projeto combinado da planta e do controlador. O estudo é baseado no modelo de um quarto de carro com dois graus de liberdade. O controlador é projetado visando otimizar o conforto de condução e a segurança veicular, sujeito a restrições físicas da mola e do amortecedor. O desempenho do projeto integrado é avaliado e comparado com o projeto ativo, mediante simulações computacionais. As irregularidades da estrada são representadas pelas excitações do tipo lombada e senoidal. A aceleração vertical sobre a massa suspensa é utilizada para avaliar o conforto proporcionado pelo sistema, enquanto a segurança veicular é auferida através da força de contato entre o pneu e a pista. Os resultados demonstram que, de forma geral, a aplicação das estratégias de otimização no projeto integrado da suspensão automotiva melhora o comportamento global do veículo, proporcionando melhores margens de conforto e segurança
Ambiente de suporte para pouso autônomo de drones via reconhecimento de imagens
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Mecatrônica.A maioria dos drones disponíveis no mercado, que são comercializados a preços acessíveis, não possuem um assistente de pouso devido ao aumento de custo ao adicionar câmeras e sistemas adicionais, os drones sem essa função podem se tornar um problema quando pessoas inexperientes tentam pousar o drone e acabar cometendo erros que possam comprometer seu funcionamento. Considerando isso, este trabalho aborda a implementação de um ambiente de suporte para pouso autônomo de drones via reconhecimento de imagens. Foi desenvolvido um método de pouso via processamento de imagem em tempo real por um notebook através de classificadores Haar Cascade em conjunto com a biblioteca OpenCV, implementado na linguagem Python, utilizando um ESP32-CAM e um roteador INTELBRAS WRN 240, que são responsáveis pela captura, transmissão e recebimento de imagens, um hardware desenvolvido para automatizar o controle do drone e, assim, aplicado ao drone modelo Syma X8HG para estabelecer comandos de pouso para o drone. Serão examinadas as características dos drones ao longo do tempo, detalhando o método e o processo de detecção de objetos, e os softwares utilizados no processo.Most drones available on the market, which are sold at affordable prices, do not have a landing assistant due to the increase in cost when adding additional cameras and systems, drones without this function can become a problem when inexperienced people try the drone and end up making mistakes that could compromise its functioning. Considering this, this work addresses the implementation of a support environment for autonomous drone landing via image recognition. A landing method was developed via real-time image processing by a notebook using Haar Cascade classifiers in conjunction with the OpenCV library, implemented in the Python language, using an ESP32-CAM and an INTELBRAS WRN 240 router, which are responsible for capturing , image transmission and collection, hardware developed to automate drone control and thus applied to the Syma X8HG model drone to establish landing commands for the drone. The characteristics of drones over time will be examined, detailing the method and process of detecting objects, and the software used in the process
Controle H-infinito de sistemas de suspensão ativa veicular
No full textTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico de Joinville. Engenharia Automotiva.Neste trabalho, a aplicação da técnica de controle H-infinito em sistemas de suspensão automotiva é estudada. Esta abordagem visa otimizar simultaneamente o conforto de condução e a segurança veicular. Além disso, uma discussão sobre os sistemas de atuação da suspensão é realizada. O desempenho do sistema ativo é comparado com o passivo, mediante simulações computacionais. As irregularidades da estrada são representadas pelas excitações do tipo lombada, senoidal e randômica. A aceleração vertical sobre os passageiros é utilizada para avaliar o conforto proporcionado pelo sistema, enquanto a segurança do veículo é medida através da força de contato entre o pneu e a pista. Os resultados demonstram que, de forma geral, o sistema de controle ativo melhora o comportamento global do veículo, proporcionando melhores margens de conforto e segurança.In this work, the application of the H-infinity control technique in the automotive suspension system is studied. This approach aims to optimize both ride comfort and vehicle safety. In addition, a discussion about suspension actuation systems is performed. The performance of the active system is compared to the passive one, through computational simulations. The road irregularities are represented by spine, sinusoidal and random inputs. The vertical acceleration over the passengers is used to evaluate the comfort provided by the system, while the vehicle safety is measured through the contact force between the tire and the track. The results show that, in general, the active control system improves the overall vehicle behavior, providing better comfort and safety margins
Implementação e otimização de um controlador de altura para barras de pulverizadores automotrizes
Get PDFTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Mecatrônica.A pulverização de agrotóxicos em cultivares é a forma mais utilizada para o controle de pragas, fungos e ervas-daninhas no Brasil. A eficácia da pulverização está atrelada à regularidade de altura da barra do pulverizador em relação à planta. No entanto, há irregularidades de perfil no solo, caracterizadas por curvas de nível, aclives ou declives, às quais podem intervir na regularidade da aplicação. O trabalho presente consiste em propor controladores em cascata com base nos parâmetros de uma planta composta por uma barra flexível de um pulverizador automotriz. Justifica-se a implementação do controlador, dado que a ausência de pulverização uniforme sobre o lote percorrido pode causar a deriva dos agrotóxicos, contaminando áreas vizinhas. Nesse contexto, o projeto visa aprimorar o desempenho do controlador obtido, seguindo os critérios estabelecidos. A comparação realizada via simulação apresenta tipos de controladores em cascata, com seus respectivos coeficientes otimizados por um processo de inteligência artificial. Por fim, os resultados obtidos pela otimização via PSO evidenciam um tempo de subida menor do sistema validado a partir das simulações da resposta ao degrau
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