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
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acionamento
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.
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Representação esquemática
dos elementos de um Grafcet
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Sistema de controle realimentado
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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.
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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.
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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.
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Princípio de funcionamento de um
sistema de transmissão mecânica
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Representação de sistemas equivalentes
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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.
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Esquema básico de um sistema de controle
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Função de transferência associada
a um sistema em malha aberta
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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.
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Função de transferência associada a um
sistema em malha fechada
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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.
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Modelo de um sistema
para acionamento de uma inércia
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Esquema de um motor
CC controlado por armadura
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