Estudos de metodologias para se obter dados de movimentos do corpo humano que envolvam perdas de capacidades motoras funcionais em função de doenças neurológicas, têm despertado o interesse de diversos pesquisadores para auxílio na análise dos movimentos humanos. Entre várias meto-dologias, as que envolvem o emprego de sensores inerciais têm se tornado viáveis em virtude do baixo custo destes dispositivos. Em consequência do emprego de sensores inerciais é preciso estabelecer estratégias que contornem alta sensibilidade a perturbações e erros inerentes a estes dispositivos. Em trabalhos anteriores deste grupo de pesquisa, foram realizadas estimativas angulares no plano sagital. Neste trabalho, foi utilizado a fusão de sinais na abordagem complementar de sensores inerciais através de um sistema Markoviano que escolhe o sensor mais confiável a cada instante e utiliza um filtro de Kalman para compensar os erros de desvio do giroscópio. Assim, tal sistema realizou a estimativa de atitude para os segmentos de um exoesqueleto de membro inferior, tendo apresentado correlação superior a 0.98 para os segmentos da coxa e canela, e erro médio inferior a 1.47o em ambos os segmentos, quando considerado o plano de maior movimento. Também verificou-se que o segmento do tronco apresentou baixa amplitude de movimento, e portanto a relação sinal/ruído foi inferior aos demais segmentos, ocasionando maior desvio de estimativa no segmento do tronco.
Este trabalho lida com o problema de implementação estável do preditor de Smith filtrado simplificado (SFSP). Uma nova aproximação do atraso distribuído baseada em operador de discretização é proposta. A partir dela, um novo método de implementação estável para o SFSP também é proposto. É realizada uma avaliação da técnica proposta frente a outras técnicas da literatura, como também são discutidos os resultados obtidos.
This paper addresses the control of a formation composed of an unmanned ground vehicle (UGV) and an unmanned aerial vehicle (UAV) using the concepts of null space control. The formation navigates in a coordinated way, with the UAV following the UGV, keeping a relative pose with respect to it, while the UGV follows a specified path. The goal is that the UAV lands on the UGV at any desired instant, a situation quite similar to the return of the UAV to a moving base after delivering a package. Null space control techniques are used in order to get more precise control on the relative pose between the robots, increasing the reliability of the landing operation. Experimental results are presented and discussed, which validate the approach proposed to accomplish the desired task.
Em pacientes com cardiopatias graves, o implante de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) pode ser necessário, principalmente em pacientes com indicação de transplante cardíaco. Para tanto, o Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC) tem desenvolvido uma bomba de sangue centrífuga implantável que será capaz de ajudar um coração humano doente a manter o fluxo sanguíneo fisiológico e a pressão. Este dispositivo será usado como DAV total ou parcialmente implantável. Portanto, a garantia de desempenho e a correta especificação do DAV são importantes fatores para obter uma interação segura entre o dispositivo e o comportamento ou condições do paciente. Mesmo com dispositivos confiáveis, algumas falhas podem ocorrer se o controle de bombeamento não acompanhar as mudanças no comportamento ou nas condições do paciente. Se o sistema de controle do DAV não tiver tolerância a falhas e nenhuma adaptação dinâmica no sistema ocorrer de acordo com as alterações do sistema cardiovascular do paciente, uma série de limitações podem ser observadas nos resultados e na eficácia desses dispositivos principalmente em pacientes com comorbidades agudas. Este trabalho propõe a aplicação de uma abordagem mecatrônica a esta classe de dispositivos baseada em técnicas avançadas de controle, instrumentação e automação para definir um método de desenvolvimento de um sistema de controle supervisório hierárquico capaz de realizar o controle de DAVs de forma dinâmica, automática e segura. Para esta metodologia, foram utilizados conceitos baseados em rede Bayesiana para o diagnóstico das condições do sistema cardiovascular do pacientes, redes de Petri para gerar algoritmo de controle do DAV e de Sistemas Instrumentados de Segurança para garantir a segurança do sistema do DAV.
Resumo — O transporte pneumático constitui tecnologia amplamente difundida nas indústrias, neste contexto o presente trabalho busca caracterizar experimentalmente um alimentador de sólidos a granel industrial denominado Batchpump, tendo como objetivo central determinar o desempenho deste dispositivo em termos de capacidade de transporte de particulados e consumo de gás comprimido. Por meio dos experimentos realizados no Centro de Testes da empresa Zeppelin Systems Latin America, foi possível concluir que o novo dispositivo aqui analisado, possui desempenho similar a versões de vaso de pressão convencionais em termos de taxa de transporte e consumo de gás, operando em até 4 bar de pressão e deslocando material em pó a uma taxa de 9 t/h. Além disso o Batchpump apresenta menores dimensões e uma maior simplicidade operacional, características cruciais à implementação de novas linhas de transporte pneumático e à atualização de linhas já existentes.
Neste artigo, é proposto um método de sintonia de controladores preditivos por subespaços, para plantas SISO. Os parâmetros de sintonia são obtidos como soluções ótimas para um problema de otimização por enxame de partículas. A função de custo para a otimização é formulada como o erro quadrático entre a resposta em malha fechada e a trajetória de referência desejada. Por sua vez, essas trajetórias são descritas em termos de objetivos no domínio do tempo, expressos como constantes de tempo de uma função de transferência de referência. As escolhas do projeto são discutidas e é apresentado um estudo de caso com um aeropêndulo. Para validar os resultados, as respostas resultantes após o processo de sintonia são comparadas com as trajetórias desejadas.
Em toda a indústria, mas principalmente no setor de mineração, siderurgia e extração de petróleo, conversores de frequência do tipo inversor fonte de tensão (VSI) e utilizando modulação por largura de pulso (PWM) são amplamente utilizados para o controle de velocidade e conjugado de cargas motrizes. Com frequência, os motores de tais sistemas de acionamento são alimentados através de cabos longos, sendo que, em tal configuração, diversos fenômenos, diversos fenômenos indesejados de alta frequência (e.g., sobretensões transitórias nos terminais dos motores, danos aos rolamentos da máquina, entre outros) são originados. Neste contexto, foi proposta em trabalhos anteriores uma nova configuração de sistema de acionamento, onde o retificador permanece em seu local original e a ponte inversora passa a ser instalada próxima ao motor acionado, cujo ambiente é sempre mais hostil e pode comprometer a sua vida útil. Apesar das inúmeras vantagens desta nova configuração, novas preocupações se fazem presentes, no que diz respeito à sua confiabilidade. Desta forma, este trabalho trata-se de uma revisão de literatura, que tem como objetivo discutir, de maneira qualitativa, os fatores de estresse tipicamente presentes nos ambientes industriais analisados, os mecanismos de falhas dos componentes mais críticos de um conversor, os possíveis problemas da sua instalação nestes ambientes severos e as soluções em potencial para minimizar os seus efeitos danosos.
A fundamental step in maintaining the Brazilian Air Forces’ jets is the testing of engine components. One of these components, the Fuel Control Unit, is one of the most complex, with pressure, rotation and flow variables that need to be controlled and measured to verify if the unit is functioning correctly. The test procedures are composed of a large number of steps, each of them with different values for the variables. The manual execution of the procedures is slow and unreliable, due to parallax and human error. Implementing the automation system presented in this paper eliminates the reliability problems and significantly reduces testing time, with the system controlling and logging the variables. The pressure valves are controlled by brushless DC motors, which in turn are controlled by PWM signals generated by discrete control loops programmed into a FPGA.
The degradation of the mechanical pre-stressing in piezoelectric transducer is a drawback that reduces the performance of these devices. The behavior of the transducer is affected by the pre-stress and can be identified through of the impedance curves, mostly by the resonance deviations. In this work, we have proposed a circuit that allow us to know if the pre-stress is kept at a suitable level after the transducer operation. This circuit works based on the relation of pre-stress to phase difference between voltage and current in the transducer. The circuit provides an electric signal whose duty cycle and the average voltage can be used to identify small variations of pre-stress. The tests were conducted in three transducers originally pre-stressed at a reference level (52.8 MPa). Afterwards, the pre-stressing was deliberately degraded in 8.1 MPa and the tests repeated. The sensitivity of the system was around 0.23 V/MPa. The circuit is simple, low cost and can be used out of specialized laboratories.
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O design de sistemas modernos de energia aumentou em complexidade devido à demanda por novas características, como: ser sustentável, distribuído, heterogêneo, escalável, colaborativo, preservando um alto desempenho. Novas abordagens, métodos, conceitos e ferramentas surgiram para caracterizar, compreender e especificar sistemas híbridos de produção/consumo de energia totalmente adaptados ao ambiente de entorno onde devem funcionar. Este trabalho apresenta uma proposta de método sistêmico para o desenvolvimento de requisitos aplicado a Smart Grid (SG), baseado em uma abordagem de serviço. Portanto, privilegia o acoplamento entre o sistema, o usuário e o domínio. A proposta enfatiza a antecipação da formalização, já na especificação de requisitos, para redes distribuídas de SGs, com análise e verificação do workflow em Redes de Petri (RdP). A rede é sintetizada à partir de diagramas semi-formais, baseados na Engenharia de Requisitos Orientada a Objetivos (GORE). É proposto um ciclo iterativo de desenvolvimento de requisitos composto pelas fases de eliciação, modelagem, análise, modelagem formal e verificação. O ciclo proposto foi aplicado a um estudo de caso, para o upgrade de uma microgrid localizada em uma comunidade da floresta amazônica.
The friction rotary welding (FRW) is a solid state material welding method that is able to weld not only similar but dissimilar materials as well. The FRW allows the union between two pieces of metal converting mechanical energy into thermal welding. The friction generated by the rotational momentum between the two surfaces generates enough heat to fuse the materials without reaching the fusion temperature, this mechanical connection can be done through atomic diffusion. The equipment needed to perform the FRW process needed a new control system. This paper presents the development of this new control system through a top-down approach based on successive refinement using modeling tools developed to model dynamic systems to discrete events. The result presented in this paper is the control system algorithm in Enhanced Mark Flow Graph, a high level Petri Net derivative and a systematic to map the model in C++ in order to use it in a PIC microcontroller.
Em pacientes com cardiopatias graves, o implante de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) pode ser necessário, principalmente em pacientes com indicação de transplante cardíaco. Para tanto, o Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC) tem desenvolvido uma bomba de sangue centrífuga implantável que será capaz de ajudar um coração humano doente a manter o fluxo sanguíneo fisiológico e a pressão. Este dispositivo será usado como DAV total ou parcialmente implantável. Portanto, a garantia de desempenho e a correta especificação do DAV são importantes fatores para obter uma interação segura entre o dispositivo e o comportamento ou condições do paciente. Mesmo com dispositivos confiáveis, algumas falhas podem ocorrer se o controle de bombeamento não acompanhar as mudanças no comportamento ou nas condições do paciente. Se o sistema de controle do DAV não tiver tolerância a falhas e nenhuma adaptação dinâmica no sistema ocorrer de acordo com as alterações do sistema cardiovascular do paciente, uma série de limitações podem ser observadas nos resultados e na eficácia desses dispositivos principalmente em pacientes com comorbidades agudas. Este trabalho propõe a aplicação de uma abordagem mecatrônica a esta classe de dispositivos baseada em técnicas avançadas de controle, instrumentação e automação para definir um método de desenvolvimento de um sistema de controle supervisório hierárquico capaz de realizar o controle de DAVs de forma dinâmica, automática e segura. Para esta metodologia, foram utilizados conceitos baseados em rede Bayesiana para o diagnóstico das condições do sistema cardiovascular do pacientes, redes de Petri para gerar algoritmo de controle do DAV e de Sistemas Instrumentados de Segurança para garantir a segurança do sistema do DAV.
Resumo—Este trabalho apresenta uma criteriosa revisão bibliográfica e uma discussão sobre a avaliação do estado da isolação de cabos isolados de média e alta tensão baseada na análise de descargas parciais, além da formulação de planos de manutenção e de gerenciamento de ativos baseados neste mesmo fenômeno. São apresentados os possíveis métodos de detecção de descarga parciais e os sensores adequados para cada aplicação, além de métodos para a estimativa do tempo de vida restante de cabos isolados empregando-se o valor da descarga aparente medido. Por fim, são mostrados diferentes métodos e sistemas que aplicam as descargas parciais como um parâmetro de auxilio no planejamento da atividade de manutenção preditiva e gerenciamento de ativos.
This work proposes a sensitivity analysis to study correlations between certain design constraints applicable to high-voltage power capacitor banks. Several components of a bank are represented constituting a non-trivial geometry. Electric field intensity is computed in the entire the domain. Particularly, it is analyzed the effects from either the absence or the presence of corona rings on the bushings. Effects due to the vertical positioning of a corona ring are also illustrated. Results indicate (i) the presence of corona ring contributes to the increase in electric field uniformity in the surrounding air and (ii) bushings surface performance benefit from proper positioning of the corona ring. In this context, this work contributes to the dimensioning of bushings applicable to power capacitors.
This paper proposes a new multilevel inverter for single-phase transformerless systems. The main feature of the proposed topology is to synthesize seven output voltage levels with high voltage gain. In this topology the ground connection is shared between the dc input and ac output which results in constant common-mode voltage, therefore theoretically eliminating the leakage current. Furthermore, the paper presents a description of the circuit and operating principles. Simulation results are presented to verify the feasibility of the proposed inverter.
Express highways are increasingly adopting Intelligent Transportation Systems. Automatic vehicle classification is one of the most critical subsystems, as it is responsible for the validation of vehicle categories on electronic toll collection. Vehicle classification needs to reach a high success rate, and in real applications, it is achieved by using several intrusive sensors and sophisticated algorithms. This paper proposes a novel classification method based on binary images of vehicle profiles extracted from a non-intrusive optical barrier sensor. We used a modified AlexNet convolutional neural network as a vehicle classification algorithm. The last layers of the network were modified to the vehicle classification domain. We used transfer learning and data augmentation techniques. The method was tested using 11233 images grouped into a set of 11 categories. Results achieved 98.02% accuracy, which indicates that replacing a set of intrusive sensors by only an optical barrier may be a feasible vehicle classification alternative.
This article studies the development of a simulated model for the human dorsal. Safety protocols are required in order to avoid injures in humans when in contact with a robotic manipulator. One way of developing these protocols is looking for limit values for the main variables which are responsible for modeling the physics of contact, such as deformation. Physical human-robot interaction researchers have been doing it for each part of the human body. This work used the same process focusing on the dorsal. Developing an anatomical investigation of this human body region made it possible to divide and group parts with similar anatomical compositions. Points were attached to each group creating a 2D map of dorsal composed of 9 of them. Specific stiffness was evaluated mathematically for each point. To put them in the simulation environment, Multi-Joint dynamics with Contact was used. In this software, the dorsal simulated model was put in contact with the LBR iiwa model simulated. It happened under the control of an impedance controller. An iteration process was done using a reference force for contacting interface among the bodies, data of LBR iiwa end-effector displacement, and a linear equation approach relating them to set the stiffness value of each point of the dorsal model according to the one evaluated before. Results showed that the dorsal model and the manipulator stabilized in a common position showing the controller action happened satisfactorily. Geometric restrictions (higher and width) of the completed dorsal model generated some difficulties to stabilize the simulation with the exact stiffness values evaluated. However, the variation of them through the dorsal model was preserved, similarly to the real dorsal stiffness variations.
This paper proposes the usage of a three-phase interleaved bidirectional DC-AC converter for electric vehicle charging stations as the interface converter to the grid. The interleaved configuration reduces the power dissipated in each converter branch and the total harmonic distortion of the injected grid current once the ripple current is doubled. As the output of the converter is of current type the output inductance can be reduced using the leakage inductance of the distribution transformer. This converter is compared with the converter with L and LCL filters to show the viability of the proposal.
