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Uma proposta de ensino de logaritmos utilizando os conceitos de modelagem matemática
(IFSP, 01/03/2016) Niwa, Seiji; Tiago, Graziela Marchi
Esta pesquisa de cunho teórico tem por objetivo principal apresentar uma proposta de ensino de logaritmos utilizando as ideias da Modelagem Matemática por meio de fases para uma possível aplicação para turmas de Licenciatura em Matemática. Em nossa pesquisa percebemos que embora tenha um número significativo de trabalhos sobre ensino de logaritmos, poucas utilizam a Modelagem Matemática como uma metodologia de ensino, fato este que foi uma das motivações da pesquisa. Sobre o movimento histórico da Modelagem Matemática apresentaremos as ideias iniciais, desde a utilização deste conceito na Educação Matemática até a aplicação dela no ensino. Analisamos diferentes ideias de pesquisadores desta grande área até chegarmos a um consenso de utilizar a ideia da Modelagem Matemática por meio de fases proposta por Beltrão. Na parte final elaboramos uma sequência didática com uma análise de cada exercício proposto contendo também diversas sugestões de trabalhos que servirão de subsídio ao professor que sentir necessidade de reforçar determinado assunto
Qualidade de vida no currículo da formação docente
(IFSP, 01/09/2016) GianfaldoniI, Ivo; Novaes, Diva Valério
Neste trabalho, propusemos um projeto que possa ser trabalhado interdisciplinarmente em todos os seis cursos de formação de professores, oferecidos em uma instituição pública. Defendemos que é tarefa da formação de professores, oferecer preparo que favoreça a manutenção da saúde física e mental, do professor no exercício da docência. De maneira recíproca, a qualidade de vida dos alunos interfere na qualidade da aprendizagem. O grande número de professores desmotivados ou com a saúde debilitada, como largamente divulgado em pesquisas nacionais e internacionais, dá relevância para este estudo. A tarefa da formação de professores na Educação Básica comprometida com o preparo do aluno para o exercício da cidadania, como consta na lei 9394/1996 (LDB) e nas Diretrizes Curriculares Nacionais: Para a Educação em Direitos Humanos, Educação Ambiental e Educação das Relações Étnico-Raciais, convergem para a compreensão de que oferecer plena formação ao indivíduo, tem associações com a saúde e bem-estar dos professores e alunos. Estabelecemos uma discussão à luz de autores que discutem Qualidade de Vida, psicopatologia do trabalho, formação de professores e a profissão docente. Assim, esta pesquisa é bibliográfica e documental. Buscamos responder a seguinte questão: Como desenvolver um Projeto de Ensino nos cursos de Formação de Professores, para discutir a Qualidade de Vida no exercício docente? Definimos um grupo de temas apontados como importantes, em pesquisa bibliográfica entre os quais se inclui a legislação educacional. Realizamos uma pesquisa no currículo destes cursos para verificar quais temas eram ou não trabalhados. Identificamos que alguns destes temas eram bem trabalhados em determinado curso, mas não em outros. Outros temas não eram abordados em nenhum dos cursos. No projeto interdisciplinar elaborado, propomos que os temas já trabalhados em algum curso sejam socializados com os demais, e oferecemos subsídios para que se trabalhem aqueles que não figuram em nenhum dos cursos
Promoção de saberes docentes e articulação teórico-prática entre um grupo de Licenciandos em Física no âmbito do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência - PIBID
(IFSP, 01/09/2016) Lima, Cássio de Siqueira; Oliveira, Rebeca Vilas Boas Cardoso de
No que diz respeito à formação profissional de professores, as pesquisas em educação indicam a importância de se considerar as realidades educativas e o cotidiano dos docentes no processo de sua formação, seja ele inicial e contínuo. No âmbito do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID/CAPES), por meio do Subprojeto do Curso de Licenciatura em Física do Campus São Paulo do IFSP, buscou-se compreender possibilidades de promoção de saberes docentes e da formação teórico-prática entre os licenciados bolsistas do programa, evidenciadas juntamente com a aprendizagem das atividades diversas que desmandam salas de aula concretas. Para tanto, por ser a pesquisa constituída por fenômenos socialmente construídos, com o apoio da metodologia de análise de conteúdo, foram analisados questionários respondidos pelos "pibidianos" que frequentaram uma escola conveniada ao Programa, quando estes foram convidados a avaliar sua formação profissional, o que permitiu a identificação de saberes docentes promovidos (da formação profissional, disciplinares, curriculares, experienciais) e a importância das parcerias profissionais
Modelagem de um processo de especificação de equipamentos de telecomunicações utilizando Redes de Petri
(IFSP, 02/10/2014) Oliveira, Letícia Naresse Zambon de; Nakamoto, Francisco Yastami
O mercado de projetos de engenharia na área de telecomunicações é sazonal e tem grandes picos de produção associados a curtos prazos para atendimento das demandas de serviços. Consequentemente, necessita-se de produtividade elevada eum alto nível de qualidade dos serviços prestados, sendo inadmissível o retrabalho das atividades envolvidas na cadeia produtiva. Uma das principais atividades para instalação de equipamentos para as redes de telefonia celulares é a lista de materiais (LM) para instalação, que contempla todos os itens necessários para que se possa instalar o equipamento que é solicitado pelo cliente via contrato comercial. A qualidade da lista, considerando-se a especificação de cada item e a quantidade suficiente com previsão para possíveis imprevistos, influencia efetivamente o tempo de instalação e a qualidade do serviço prestado. Neste contexto, foram identificadas não conformidades no atendimento aos prazos de entrega devido a erros nas especificações, nas quantidades necessárias dos componentes requeridos no projeto ou devido a ambos os motivos. Através da experiência em projetos e entrevistas com os projetistas, foi possível verificar que seria de grande auxílio uma ferramenta que automatiza-se o processo de especificação de materiais, hoje realizadas manualmente, através de consultas de manuais e banco de dados individuais de cada projetista. Com estas informações, foi possível elaborar um banco de dados único, e assim com a modelagem através do Production Flow Schema (PFS) e o refinamento sucessivo, com as Redes de Petri (RdP), das possíveis soluções encontradas para cada local de instalação, desenvolveu-se uma ferramenta em planilha eletrônica (Microsoft Excel, 2010) automatizando esta tarefa. Os resultados foram positivos, pois além de alcançar o objetivo de padronização e melhoria da qualidade nas LM, houve uma diminuição de tempo de execução médio de 76,64%, e sem custos adicionais para a área, pois não foi necessário a utilização de software diferente dos já utilizados pela empresa, portanto sem aquisição de novas licenças.
Escalonamento de ganhos em Controladores PID/PI com a utilização de Redes Neurais Artificiais aplicados em Máquinas de Empacotamento
(IFSP, 03/072017) Wu, Fabio Bruci; Barbosa, Paulo Roberto
Sistemas controlados por servo motor são facilmente encontrados na indústria e, na maioria dos casos, esses sistemas não são lineares, o que pode demandar o desenvolvimento de estratégias mais elaboradas para o controle do servo motor. A planta utilizada neste estudo é um conjunto de selagem acionado por servo motor, onde o controle é feito diretamente por um servo drive com controle PID/PI (Proporcional Integral Derivativo/Proporcional Integral), sendo possível manipular os valores dos ganhos do controlador. O conjunto de selagem efetua o movimento de abertura e fechamento de forma cíclica, produzindo um sobressinal de posição de 2% ou mais quando ajustado pelo método de sintonização automática dos ganhos. Sabendo que a planta não é linear e que possui diferentes ganhos para distintas faixas de operação, este trabalho tem como objetivo propor um escalonamento de ganhos para essas diferentes faixas de operação, utilizando uma rede neural artificial capaz de reproduzir uma relação que irá gerar os ganhos de acordo com a faixa de operação do sistema, reduzindo o sobressinal do conjunto de 2% ou mais para um sobressinal menor que 0,5%.
Estudo de um classificador do tipo máquina de vetores de suporte para a classificação de sinais miolétricos provenientes do antebraço
(IFSP, 03/09/2017) Araujo, Guilherme Cancian de; Pires, Ricardo
O presente trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um classificador utilizando Máquina de Vetores de Suporte para o reconhecimento de diferentes movimentos da mão humana. Para isso, foram utilizados sinais mioelétricos gerados pelos músculos do antebraço. Tais sinais são provenientes de uma base de dados pública. O classificador desenvolvido foi projetado para o reconhecimento de oito padrões diferentes, por isso ele possui oito Máquinas de Vetores de Suporte organizadas em cascata. Cada uma ficou responsável por separar uma classe em relação a todas as outras. Para estudar o classificador, alguns testes foram realizados variando-se o número de vetores apresentados para o treinamento do classificador, o número de amostras utilizadas para calcular as características temporais que formam os vetores e o tipo de kernel. Os kernels utilizados foram: linear, quadrático e polinomial de terceira ordem. Após a etapa de treinamento, 100 vetores de cada uma das oito classes foram apresentados para o classificador com o objetivo de medir a precisão obtida. Como resultado, foi observado que, dentro das condições de estudo, o classificador desenvolvido foi capaz de atingir índices de acerto de até 99,62%. Com isso é possível concluir que as classes de movimentos estudadas são linearmente separáveis e, portanto, é viável a utilização de máquinas de vetores de suporte para a classificação desses padrões.
Desenvolvimento de um sistema de detecção de falhas de desbalanceamento on-line, baseado em FPGA para aplicação em máquinas rotativas de indução
(IFSP, 04/03/2016) Yamamoto, Guilherme Kenji; Sousa, João Sinohara da Silva
Até num passado recente, para executar a observação de problemas ocorridos em máquinas, operários colocavam a ponta de uma barra metálica na região da máquina a estudar e a outra extremidade no ouvido, para sentirem e ouvirem o que estava ocorrendo, e por meio da sensibilidade e experiência desenvolvida por cada um, tentar determinar um diagnóstico. Esta prática ainda é muito comum em oficinas para diagnosticar problemas diversos de máquinas em funcionamento, como por exemplo, o desbalanceamento, tema abordado neste estudo. Durante os últimos anos tem ocorrido uma grande evolução tecnológica na área de processamento digital de sinais, eletrônica, microeletrônica e instrumentação, abrangendo inovações tanto em hardware como em software. Tais inovações permitiram o desenvolvimento de novas metodologias de detecção e diagnósticos de falhas em máquinas rotativas. Com base nessas inovações, esta dissertação teve como objetivo implementar em FPGA um algoritmo de análise, baseado em espectro de frequências, possibilitando detectar, de maneira on-line, falhas de desbalanceamento em motores de indução. Este trabalho apresenta um estudo sobre análise de vibrações a partir de gráficos (espectros de frequência) e o desenvolvimento de uma bancada experimental de testes, que em conjunto, permitem que um maior número de pessoas treinadas, independente da larga experiência no diagnóstico de falhas, possam analisar e determinar perfeitamente o diagnóstico sobre as condições de funcionamento da máquina rotativa. Os objetivos propostos neste trabalho foram atingidos, ensaios apresentaram redução do nível de vibração na máquina na ordem de 8 vezes (máquina desbalanceada) em relação ao balanceamento da máquina indicado pelo sistema desenvolvido nesta pesquisa.
Detecção automática de indícios de fraude em assinaturas em documentos digitais
(IFSP, 04/04/2017) Gonçalves, Leandro Inácio; Pires, Ricardo
Nos tempos atuais, com o advento da tecnologia, transferem-se imagens em poucos segundos, possibilitando a concretização de um negócio, bens, acordos etc. à distância, por meio da comprovação de identidade. Neste procedimento, imagens podem ser alteradas através do uso de ferramentas de edição, como Adobe Photoshop, com o intuito de fraudar um processo em negociação. O objetivo deste trabalho é a detecção automática de adulterações de assinaturas em documentos digitalizados através do uso de assinaturas provenientes de um segundo documento fonte. Utilizou-se a biblioteca OpenCV e PyWavelet para a extração de distribuições geradas pela transformada Wavelet, análise de momentos estatísticos e submissão para um classificador denominado de máquina de vetores de suporte. Os resultados foram satisfatórios, atingindo a acurácia de 76%, o que permite aumentar a eficiência do processo, na indicação de quais documentos e pessoas relacionadas, devem ser investigadas.
Aspectos de duas demonstrações do pequeno teorema de FERMAT
(IFSP, 04/10/2017) Espírito Santo, Marcelo Alexandre Torres do ; Carvalho, Henrique Marins de
Esta dissertação é parte dos requisitos para obtenção do título de mestre no programa PROFMAT (Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional) realizado no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (Campus São Paulo). Em consonância com a proposta deste referido programa que prima por uma matemática acadêmica rebuscada, que eleve o nível do professor da educação básica para que o mesmo possa levar novas propostas enriquecedoras para a sala de aula e agregar ao currículo básico, o presente trabalho uniu um resultado fundamental da teoria dos números, o Pequeno Teorema de Fermat, em sua apresentação formal a uma versão alternativa do mesmo, encontrada na análise combinatória devida a Julius Petersen, que pode ser representada de forma lúdica por colares em uma turma de educação básica, estabelecendo, assim, relações entre a matemática acadêmica e a da sala de aula da educação básica. Para tanto, a literatura listada nas referências bibliográficas buscou esboçar o que chamamos de matemática através de suas provas, teoremas, corolários, axiomas e seus aspectos filosóficos, sem esgotar o tema por motivos, por exemplo, da matemática ser uma construção milenar, mas que permitiu ao menos estruturar a importância dos objetos estudados. Assim, o trabalho versa primeiramente sobre os aspectos filosóficos e estruturais de provas e demonstrações em geral, em seguida aborda a demonstração do Pequeno Teorema de Fermat sob um ponto de vista formal e histórico e, finalmente, é apresentada uma atividade lúdica, utilizando artesanato com miçangas que pretende unir a matemática sofisticada superior do Pequeno Teorema de Fermat à matemática elementar do ensino médio fundamentada apenas no princípio fundamental da contagem
Desenvolvimento de um algoritmo em FPGA para detecção automática de eventos anormais em sinais elétricas
(IFSP, 05/04/2016) Azevedo, Renan Airosa Machado de; Campo, Alexandre Brincalepe
Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um algoritmo em FPGA baseado na técnica estatística de correlação para criar um sistema automático de detecção de eventos anormais em sinais elétricos. A implementação desta técnica pode ser considerada um primeiro passo no desenvolvimento de osciloscópios digitais de alto desempenho com possibilidade de expansão de suas funcionalidades. A escolha desta linha de pesquisa ocorreu por conta da ocorrência cada vez maior de eventos indesejados em sinais elétricos, principalmente devido à alta integração de transistores em circuitos integrados. Estas ocorrências podem causar falhas em produtos após seu lançamento no mercado devido aos osciloscópios não possuírem uma arquitetura que permita capturar cem por cento dos eventos durante a fase de validação e teste. Isto ocorre porque todos os osciloscópios possuem um intervalo de tempo conhecido como dead time, em que o instrumento fica impossibilitado de detectar qualquer sinal por conta da realização de tarefas relacionadas ao processamento e exibição dos dados na tela. Com base nestes desafios, este trabalho apresenta uma alternativa para lidar com o teste de integridade de sinais, por meio de um algoritmo implementado em FPGA que resultou na detecção de todos os eventos aleatórios perante as condições de teste estipuladas por este trabalho. No final do trabalho são apresentados os desafios encontrados durante a etapa de desenvolvimento, principalmente em relação à dificuldade em programar um código otimizado o suficiente para este tipo de aplicação, de maneira a garantir que o chip FPGA tenha os recursos de hardware necessários para reproduzir o funcionamento esperado do sistema. Por fim, algumas limitações do trabalho são explanadas para o desenvolvimento de futuras pesquisas.
Sistema de identificação de falhas em escadas rolantes utilizando redes neurais artificiais
(IFSP, 05/10/2015) Alves, Alessandro Lins; Caporali, Alexandre Simião
Escadas Rolantes são importantes meios de locomoção dentro de sistemas metro-ferroviários. Em caso de falhas, elas podem parar bruscamente, podendo gerar graves acidentes. Desta forma, é fundamental que a detecção das falhas neste equipamento ocorra de forma correta. O objetivo deste trabalho é diminuir a incidência de paradas desnecessárias nas escadas rolantes, evitando assim graves acidentes, transtornos aos usuários e também diminuindo custos com manutenção. Para isto, foi desenvolvido um dispositivo de baixo custo para captar os dados vibracionais de uma escada rolante. De posse destes dados, foi realizado um estudo de viabilidade da utilização de uma rede neural artificial do tipo mapa auto-organizável, para que estes dados fossem classificados corretamente e com isto o sistema pudesse diferenciar uma falha real de uma falsa falha em uma escada rolante. O modelo proposto obteve 77,67% de acerto na classificação das falhas, em relação a outros tipos de sinais provenientes da vibração das escadas rolantes.
Desenvolvimento do controle nebuloso aplicado a quadrotor
(05/10/2016) Yamamoto, Erick Toshio; Caporali, Alexandre Simião
O presente trabalho trata do desenvolvimento de um quadrotor utilizando controladores nebulosos (Fuzzy), implementado no LabVIEWTM. Primeiramente é apresentado um breve histórico sobre quadrotores e uma introdução à lógica fuzzy. Seguido de uma visão geral da dinâmica do sistema a ser implementado e de sua modelagem matemática utilizando o formalismo Newton-Euler. A partir das equações obtidas na modelagem implementa-se um modelo virtual utilizando o software LabVIEWTM, e então cada subsistema é descrito detalhadamente e também o controlador fuzzy. Propõe-se também um protótipo descrevendo cada componente necessário e análise do controle nebuloso aplicado a ele. Por fim, apresenta-se os resultados obtidos do simulador e do sistema real.
Estimativa de força isométrica de mãos humanas pela análise de sinais eletromiográficos
(IFSP, 05/10/2017) Fanton, Rafael; Pires, Ricardo
A medição e o processamento de sinais eletromiográficos (EMG) possui grande importância em muitas aplicações biomédicas, como a reabilitação de pessoas pelo uso de próteses de membros. Os métodos de obtenção, processamento e classificação dos sinais EMG se destacam, pois graças a eles é possível entender o significado de cada intenção de movimento dos usuários de próteses. Um adequado processamento desses sinais garante maior precisão e velocidade de resposta. Este trabalho visa a explicar alguns dos diferentes métodos de processamento de sinais EMG e apresentar os resultados obtidos pela aplicação de um desses métodos para a estimativa da força aplicada às próteses de mão, utilizando sinais obtidos através de eletrodos de superfície ativos, disponibilizados em uma base de dados pública. Primeiramente, os dados foram decompostos, utilizando-se wavelets db44. Foi observado que, quando utilizava-se apenas o coeficiente D4, obtinha-se maior precisão do que quando se utilizava o sinal reconstruído ou outros coeficientes. O coeficiente D4 foi dividido em janelas de 0,2s, com sobreposição de 0,1s e os picos de sinal em cada período foram contabilizados e comparados com o sinal de força medida, apresentando uma precisão média de 60,99%.
Projeto e implementação de sistema de controle de temperatura para esterilização de autoclave
(IFSP, 06/06/2016) Mello, Vinicius Franco de; Pires, Ricardo
Este trabalho apresenta um estudo sobre o controle da variabilidade e homogeneidade térmica espacial no processo de esterilização a vapor de uma autoclave, de uma determinada marca fabricante de equipamentos hospitalares. O objetivo é aperfeiçoar o controle do equipamento no processo de esterilização, para adequação às normas (ABNT NBR ISO 17665-1:2010; ABNT ISO/TS 17665-2:2013; ANVISA RDC 17 (2010); ANVISA RDC 15 (2012)). Estas normas tratam sobre requisitos de testes e limites máximos e mínimos de temperatura e homogeneidade térmica espacial na câmara, no processo de validação de esterilização a vapor, além de garantir a qualidade e melhoria de desempenho do processo. Para isso, controlou-se manualmente a ação da válvula de descarga em função da temperatura da câmara, durante a fase de aquecimento da autoclave, possibilitando, então, que todo o ar frio presente saísse, restando apenas vapor úmido saturado, alcançando a homogeneidade térmica espacial. Por fim, para reduzir a variabilidade térmica, foram utilizadas duas formas de controle de temperatura. A primeira com um controlador proporcional-integral (PI), que permitiu, através da sintonia dos seus parâmetros, controlar o sistema de forma satisfatória. Após sintonizar o PI e analisar a variável controlada, a segunda estratégia de controle consistiu em se identificar a função de transferência da planta, possibilitando projetar um compensador avanço de fase com polo na origem para o referido sistema, por método do Lugar das Raízes. Após análise e comparação das respostas obtidas, comprovou-se que a nova versão do sistema com o compensador de avanço de fase com polo na origem e com ajustes na válvula de descarga passou a respeitar as normas.
Detecção de pessoas não utilizando capacetes de segurança através de sistema de visão artificial São Paulo
(IFSP, 07/10/2016) Uaquida, Wilson Mitsuo; Pires, Ricardo
No Brasil, acidentes de trabalho envolvendo a cabeça e o crânio são comuns em muitas das atividades econômicas aqui desenvolvidas. De acordo com o Anuário Estatístico da Previdência Social, houve 24.561 acidentes desse tipo em 2014, representando cerca de 3,4% do total de acidentes de trabalho no país. O Anuário não revela detalhes, o que se leva a conjecturar que, pelo menos em parte, ocorreu devido a não observância quanto ao uso de equipamentos de proteção. A proposta deste trabalho é detectar automaticamente pessoas que não estão utilizando capacetes de segurança em local onde são obrigatórios. Para este fim, foi utilizado um sistema de visão artificial, cujo algoritmo é composto de uma série de etapas. A primeira etapa consiste na aquisição da imagem com filmagens. A segunda etapa, denominada segmentação, identifica imagens em movimento e delimita uma subimagem da cabeça das pessoas. A terceira e a quarta etapa referem-se a aplicação de filtros e mudança do sistema de cores. Na quinta etapa, denominada descrição, a subimagem é convertida em dados através de histograma de cores. Na última etapa, da classificação por comparação de histogramas, as pessoas sem capacetes são assinaladas por um retângulo. Os resultados de detecção atingiram valores maiores que 99,0%.
Prototipagem de algoritmos para controle de cadeiras de rodas motorizadas utilizando arquitetura multiagente, simulador GAZEBO e MATLAB
(IFSP, 08/04/2016) Laranjeira, Luciano Ricardo Corrêa; Caporali, Alexandre Simião
Há uma tendência mundial no envelhecimento da população e a crescente demanda por cadeiras de rodas. O uso de cadeiras motorizadas requer uma série de cuidados (treinamento e indicação médica) para evitar acidentes. A complexidade envolvida em sua operação restringe sua ampla utilização por pessoas com alguma limitação de locomoção. Mesmo aqueles que possuem indicação de uso, passam por um período de treinamento e adaptação. Sistemas de controle que auxiliam ou automatizam a dirigibilidade de cadeiras de roda foram amplamente estudados neste trabalho. Eles abordam problemas variados como, por exemplo, colisão, tração, interpretação de linguagem natural e interação com o navegador (Joystick), utilizando-se de diferentes técnicas de controle como lógica Fuzzy, computação visual, análise de atividade cerebral (Brain Computer Interface), movimento da língua e vários tipos de sensores e estratégias. Entretanto muitos trabalhos são independentes e de difícil reprodução (necessita de hardware específico ou faltam informações). O surgimento de plataformas de desenvolvimento que promovem a reutilização de código, como o ROS, criou um ambiente favorável à troca de conhecimento entre pesquisadores e agilidade no desenvolvimento de controles complexos. Outra vantagem é a possibilidade de testar a solução em ambientes simulados. Este trabalho propõe o uso do ROS, simulador 3D GAZEBO e MATLAB para prototipagem rápida de algoritmos para controle de cadeira de rodas motorizadas com objetivo de explorar características que favoreçam o surgimento de equipamentos a preços mais acessíveis em países em desenvolvimento. Os resultados obtidos mostram que essa técnica é viável. Para se chegar a essa conclusão, testes foram realizados com uma cadeira de rodas virtual. Antes disso, porém, abordou-se o processo de instalação das ferramentas, a criação da cadeira de rodas motorizada virtual e o desenvolvimento de um algoritmo anticolisão utilizando MATLAB Simulink. Integrado a um sistema de controle proporcional, o algoritmo anticolisão processa dados de sensores sonar e, então, atua sobre os motores do veículo para impedir colisões.
Desenvolvimento e avaliação de um sistema de referência de atitude utilizando sensores inerciais do tipo MEMS e Filtro DE Kalman
(IFSP, 08/10/2014) Oliveira, Anderson Alves; Pires, Ricardo
A estimação de parâmetros de um sistema é um processo pelo qual valores de certos parâmetros de interesse e que não são diretamente mensuráveis são deduzidos indiretamente, por meio de cálculos e com certa margem de erro, a partir de medições de parâmetros diretamente mensuráveis. Esta dissertação apresenta a aplicação de um método de estimação com o Filtro de Kalman (FK), no qual, a partir de medições realizadas por sensores inerciais do tipo Micro Eletro Mechanical System (MEMS) estima-se o ângulo de orientação de um único eixo do plano de orientação de um objeto. O conjunto que faz esta inferência é denominado como sistema de referência de atitude (SRA). Para a avaliação deste sistema, foi construído um mecanismo de referência, que consiste num pêndulo, ao qual são acoplados sensores inerciais na ponta da haste oscilante. Estes sensores são um acelerômetro e um giroscópio triaxiais integrados num mesmo encapsulamento. Ao eixo de rotação do pêndulo, é acoplado um encoder absoluto, cuja função é medir diretamente o ângulo do pêndulo em função do tempo, para uso deste resultado como referência na avaliação do método de estimação. Como experimento prático, foi realizada uma aquisição dos sinais dos sensores inerciais e do encoder durante 366 segundos, incluindo movimentação e repouso do pêndulo. Com esses dados, foi realizada, primeiramente, a determinação do ângulo do pêndulo em função do tempo somente com acelerômetro e somente com o giroscópio. Após isto, foi aplicado um método de fusão desses sinais, ainda sem o FK, que inclui interpolação polinomial, derivação numérica, cálculos trigonométricos e sendo restrito a movimentos cuja trajetória seja circular e com um raio fixo, como a do pêndulo. Por fim, foi desenvolvido e aplicado um método com FK, o qual independe da trajetória verificada durante a estimação desse ângulo, obtendo a raiz do erro quadrático médio de 0,9125 graus, valor menor em relação aos outros métodos.
Controle do espaçamento na cavidade de micro-ondas do detector de ondas gravitacionais Mario Schenberg
(IFSP, 09/10/2013) Amorim, José Alves de; Frajuca, Carlos
O detector de ondas gravitacionais brasileiro, Mario Schenberg, está localizado no Departamento de Física dos Materiais e Mecânica da Universidade de São Paulo (USP), sua massa (ou antena) esférica possui 1,15 toneladas e 65 cm de diâmetro e é constituída por uma liga de cobre-alumínio com 94% de cobre e 6% de alumínio. Ao ser idealizado e desenvolvido pelo grupo Gráviton o projeto previu que ele teria sensibilidade suficiente para captar sinais de amplitudes da ordem de 10-22 Hz-1/2, na faixa de 3000-3400Hz. A fim de alcançar este objetivo o grupo estuda formas de minimizar os ruídos presentes no detector. A pesquisa descrita neste trabalho tem como finalidade atenuar o ruído vibracional existente nos transdutores acoplados ao detector, para tal, será empregada a associação em série de dois capacitores aos transdutores responsáveis por realizar a detecção das ondas gravitacionais. Um capacitor estará ligado a um sistema de molas para ajustar o tamanho do gap (distância entre o poste que carrega a cavidade reentrante de micro-ondas e a membrana que fecha esta cavidade) presente nos transdutores e o segundo será responsável pela comunicação do detector em funcionamento com o meio externo, sem contato mecânico, o sistema terá uma d.d.p. variável para que seja possível manter o gap constante, utilizando um sistema de controle, o qual também será desenvolvido, mesmo na situação em que o detector já esteja funcionando a vácuo e em temperaturas ultra criogênicas.
Estudo comparativo de um controlador PID de ordem fracionária com um controlador PID convencional
(IFSP, 10/04/2014) Schneiater, Rodrigo; Campos, Alexandre Brincalepe
O cálculo fracionário vem sendo cada vez mais aplicado a sistemas de controle, porém devido ao alto grau de complexidade envolvida e à falta de ferramentas estabelecidas e de métodos de sintonia, poucos são os experimentos práticos realizados. Este trabalho apresenta um estudo comparativo de desempenho entre um controlador PID convencional e um controlador de ordem fracionária PIλDμ, onde são analisados aspectos de tempo de resposta, sobressinal e erro do controlador. Para o desenvolvimento e simulação dos sistemas de controle é utilizado o ambiente LabVIEW e para a implementação do sistema é utilizado o controlador de tempo real, CompactRIO – ambos da National Instruments. Para o experimento, é realizado o controle de posição de um motor CC por meio da planta educacional QET DC Motor da Quanser. A implementação do controlador PIλDμ no LabVIEW é feita de maneira genérica, de forma que permite o uso deste em outros trabalhos como ferramenta de controle. O controlador tem como entradas o sinal de erro, E(s), e os cinco parâmetros do controlador (Kp, Ki, λ, Kd, e μ) e o sinal de saída, U(s).
Simulação de controle em aplicação de estímulo elétrico funcional
(IFSP, 11/03/2014) Garcia, Douglas Canone; Aguiar, Paulo Marcos de
Através do uso do Musculoskeletal Modeling Software (MSMS) em conjunto com Matlab – Simulink, desenvolveu-se uma ferramenta denominada Modelo de Controle e Simulação Musculoesquelética (MCSM), que permite simular um gerador de estímulo elétrico em conjunto com um controlador PID, atuando sobre um modelo musculoesquelético simulado por computador. Sendo assim, é possível simular a resposta muscular a um estímulo elétrico, contribuindo para reduzir o uso de seres humanos em etapas preliminares do desenvolvimento de órteses de estímulo elétrico funcional (FES), como exemplo de aplicação, simula-se uma órtese FES que atua sobre os músculos do bíceps e do tríceps para alcançar o posicionamento angular do braço em relação ao antebraço de uma pessoa. São explorados conceitos importantes sobre ativação muscular provocada por impulso elétrico, suas aplicações e limitações, permitindo compreender detalhes do desenvolvimento do MCSM através da aplicação proposta, onde o braço simulado é posicionado em vários ângulos diferentes simulando uma movimentação que garanta certo grau de independência a pacientes que sofram de limitações motoras, valorizando a movimentação mais que sua execução harmoniosa. Para alcançar esse resultado, os ganhos do controlador PID foram obtidos através do métodos experimental proposto por Ziegler–Nichols fazendo uso de dois critérios de cálculos, permitindo determinar a melhor abordagem para sintonia dos ganhos PID resultando em um comportamento mais realista para o MCSM. A partir dos testes realizados para ângulos de posicionamento predefinidos, gerou-se curvas de tendência para os ganhos PID, onde supõe-se que a variação de ganhos entre pontos conhecidos possa ser representada através de uma reta, o que permite calcular o valor dos ganhos em posições angulares intermediárias, através da simples interpolação dos pontos conhecidos. Essa tratativa contribui para o desenvolvimento de um controlador de sintonia automática dos ganhos PID, em ângulos intermediários partindo de ângulos predefinidos. Verificou-se que um critério de cálculo não convencional dos ganhos PID para o método de Ziegler–Nichols permite uma movimentação mais coerente com o conceito de funcionalidade esperado para uma órtese FES, gerando contribuição significativa para o desenvolvimento de dispositivos biomecânicos, que permitam maior independência motora, a pacientes com restrição de movimento e boa integridade muscular.

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