Sistemas Dinâmicos e Mecatrônicos – Volume 1

Teoria e aplicação de controle

José Manoel Balthazar , Angelo Marcelo Tusset , Mauricio Aparecido Ribeiro

Todos os Autores

José Manoel Balthazar, Angelo Marcelo Tusset, Mauricio Aparecido Ribeiro, Wagner Barth Lenz, Vinícius Piccirillo, Diego Colón, Átila Madureira Bueno, Giane Gonçalves Lenzi, Frederic Conrad Janzen

2021 — 1ª edição
Lançamento

R$ 70,00

Disponível em estoque

Sobre o Livro

ISBN: 9786555062694
Páginas: 256
Formato: 17 x 24 cm
Ano de Publicação: 2021
Peso: 0.437 kg

Sumário

1 Introdução
1.1 Noções básicas de modelagem de sistemas eletromecânicos
1.2 Dispositivos inerciais

2 Introdução aos sistemas dinâmicos
2.1 Introdução
2.2 Princípio da mínima ação
2.3 Método lagrangeano
2.4 Método hamiltoniano
    2.4.1 Exemplo: vibração unidimensional da corda

3 Métodos numéricos aplicados à dinâmica
3.1 Introdução
3.2 Sistemas dinâmicos autônomos e não autônomos
3.3 Estabilidade local
3.4 Soluções periódicas
3.5 Soluções quasi-periódicas
3.6 Soluções caóticas
3.7 Mapa de Poincaré
3.8 Expoentes de Lyapunov
3.9 Teste 0-1
3.10 Análise espectral – Fast Fourier Transform
3.11 Diagrama de bifurcação
3.12 Bacia de atração
3.13 Gráficos de recorrência
    3.13.1 Tipos de gráficos de recorrência
    3.13.2 Quantificação de recorrência

4 Métodos analíticos aproximados
4.1 Introdução
4.2 Teoria de perturbação
    4.2.1 Método de perturbação
    4.2.2 Exemplo de aplicação do método de perturbação
    4.2.3 Termos seculares
4.3 Método de múltiplas escalas
    4.3.1 Método de múltiplas escalas com múltiplos graus de liberdade
    4.3.2 Método de múltiplas escalas com múltiplos graus de liberdade
    4.3.3 Implementação do método de múltiplas escalas

5 Identificação paramétrica
5.1 Introdução
5.2 Identificação dos parâmetros
    5.2.1 Parâmetro δ1
    5.2.2 Parâmetro δ2
    5.2.3 Parâmetro α1
    5.2.4 Parâmetro α2
    5.2.5 Parâmetro α3
    5.2.6 Parâmetro α4
    5.2.7 Parâmetros δ3, δ4 e α5
    5.2.8 Resumo dos experimentos
    5.2.9 Sistema de Duffing sem e com amortecimento
5.3 Saltos

6 Fundamentos de controle
6.1 Sistemas dinâmicos lineares
6.2 A transformada de Laplace
    6.2.1 Resultados importantes e propriedades
    6.2.2 Transformada inversa de Laplace
6.3 Solução de equações diferenciais pelo método da transformada de Laplace
6.4 Função de transferência
6.5 Estabilidade de sistemas de controle
    6.5.1 Critério de estabilidade de Routh-Hurwitz
6.6 Análise de sistemas de controle pelo critério de Nyquist
    6.6.1 Percurso de Nyquist
    6.6.2 Critério de estabilidade de Nyquist

7 Controle por realimentação dos estados
7.1 Introdução
7.2 Projeto de controle por alocação de polos
    7.2.1 Primeira estratégia
    7.2.2 Segunda estratégia
    7.2.3 Terceira estratégia
7.3 Problema de controle ótimo quadrático
7.4 Controle da vibração de sistemas mecânicos vibracionais
    7.4.1 Controle de um sistema mecânico vibracional com uma massa
    7.4.2 Controle de um sistema mecânico vibracional com duas massas acopladas

8 Controle ótimo para sistemas não lineares
8.1 Introdução
8.2 Controle linear feedback
8.3 Controle linear feedback aplicado em um sistema eletromecânico não linear
    8.3.1 Projeto de controle linear feedback
8.4 Controle de estados dependentes da equação de Riccati (SDRE)
8.5 Aplicação do controle SDRE em um modelo quarter-car não linear
8.6 Modelo matemático não linear para modelo quarter-car

9 Controle de processo
9.1 Introdução
9.2 Processo de fermentação alcoólica
9.3 Modelo matemático do reator
9.4 Sistemas de controle
9.5 Controladores
    9.5.1 Controlador liga-desliga (on-off)
    9.5.2 Controlador proporcional (P)
    9.5.3 Controlador proporcional-integral (PI)
    9.5.4 Controlador proporcional-integral-derivativo (PID)
9.6 Controle LQR
    9.6.1 Aplicação
    9.6.2 Estratégias de controle para reator de malha aberta
    9.6.3 Projeto do controlador LQR

10 Controle robusto H∞ e polynomial chaos
10.1 Introdução
10.2 Diagrama de blocos e sinais
    10.2.1 Robustez
10.3 Sistema nominal
    10.3.1 Estabilidade interna
    10.3.2 Desempenho
10.4 Família de plantas
    10.4.1 Robustez de estabilidade clássica
    10.4.2 Robustez de estabilidade quando há família de plantas
    10.4.3 Robustez de desempenho quando há família de plantas
10.5 Fundamentos matemáticos
    10.5.1 Matrizes e valores singulares
    10.5.2 Espaços de Banach
    10.5.3 Espaços de Hilbert
    10.5.4 Espaços de sistemas: normas de sistemas
    10.5.5 Planta estendida
    10.5.6 Problema de sensibilidade mista
10.6 Aplicações de polinomial chaos a controle robusto
    10.6.1 Ferramentas matemáticas básicas
10.7 Probabilidades e variáveis aleatórias
    10.7.1 Processos estocásticos
    10.7.2 Sistemas diferenciais estocásticos
    10.7.3 Método do polynomial chaos com distribuição normal
    10.7.4 Método do polynomial chaos com outras distribuições
    10.7.5 Utilização em análise de robustez

11 Métodos de otimização
11.1 Introdução
11.2 Função de otimização
11.3 Particle Swarm Optimization (PSO)
11.4 Algoritmo genético
    11.4.1 População inicial
    11.4.2 Critérios de parada
    11.4.3 Restrições de variáveis

12 Sistemas mecatrônicos não lineares
12.1 Introdução
12.2 Saturação
12.3 Zona morta
12.4 Backlash
12.5 Fricção
    12.5.1 Atrito de Coulumb
    12.5.2 Atrito viscoso
    12.5.3 Atrito de Stribeck
12.6 Relé
 

Referências

Sobre os autores

Sinopse

Recentemente, engenheiros e cientistas têm se dedicado à simulação computacional e à análise experimental, desenvolvendo técnicas preditivas e sistemas de controle a partir da investigação de modelos físicos reais em várias frentes. Assim, faz-se necessário capacitá-los na identificação de necessidades e possibilidades de redução das vibrações estruturais, por meio de análise dinâmica, e no projeto e na otimização de sistemas de controle.

Este texto visa oferecer aos leitores engenheiros, pesquisadores e estudantes um material didático e de pesquisa em língua portuguesa, básico e atual, versando sobre dinâmica e controle lineares e não lineares aplicados à engenharia e à ciência moderna, contendo doze capítulos desenvolvendo tópicos de: noções básicas de modelagem matemática e de métodos numéricos (diagramas de fase, diagrama de bifurcações, cálculo dos expoentes de Lyapunov, confecção de mapas e secções de Poincaré, teste 0-1, gráficos de recorrência etc.); busca de soluções analíticas aproximadas por meio do método das múltiplas escalas; identificação não linear, fundamentos de controle, tópicos de controles linear, não linear e robusto e noções básicas do uso de caos polinomial, como análise de sensibilidade de parâmetros; tópicos de controle de processos e controladores baseados em lógica fuzzy, além de noções de otimização usando-se PSO; noções básicas de controladores não lineares (zona morta, saturação etc.); aplicações de controle em sistemas eletromecânicos e mecatrônicos.

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