Geovany Araújo Borges, D.Sc.
Professor Adjunto - Departamento de Engenharia Elétrica - UnB
 

Instrumentação de Controle
Disciplina do curso de graduação em Mecatrônica - UnB - Período 2012.1
Professor: Geovany Araújo Borges


Avisos

  • (15/10/2012às 9:50): As notas foram enviadas à SAA. Um dos grupos de laboratório não entregou o relatório, o que implicou na reprovação de todos os membros. Se o relatório for enviado até 19/10, os pedidos de revisão de menção serão acatados e será lançada a nota final considerando a nota do laboratório.
  • (10/08/2012às 4:10): Para conclusão da disciplina, adotaremos o seguinte calendário:
    • Segunda 13/08: aula de laboratório às 10h no bloco SG-11
    • Terça 14/08: aula das 8 às 12h na sala AT-15
    • Quarta 15/08: aula de laboratório às 10h no bloco SG-11
    • Quinta 16/08: prova 3 às 10h na sala AT-15
    • Sexta 17/08: aula de laboratório às 10h no bloco SG-11

Plano de ensino

A disciplina INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE é composta de aulas teóricas e de experimentos de laboratório, totalizando quatro (04) créditos. Maiores detalhes são apresentados no plano de ensino.


Notas

As notas da disciplina estão disponíveis no arquivo notas.2012.1.pdf.


Tópicos teóricos

  • amplificadores_lineares_e_filtros.pdf: transparências sobre amplificadores e filtros. Atualizado em 07/04/2009. Referências de exercícios:
  • osciladores: capítulo 12 do livro do Sedra, e alguns circuitos integrados tais como o LM555.
  • elementos_de_condicionamento.pdf: transparências da parte de condicionamento de sinal. Atualizado em 17/04/2007.
  • sensores_e_transdutores.pdf: transparências da parte de sensores. Atualizado em 10/10/2011. Referências de exercícios, além dos que constam no livro texto:

Sugestões de estudo

  • Identifique na literatura sugerida os temas estudados em sala. Estude-os procurando resolver exercícios.
  • Resolva todos os problemas das listas de exercícios e provas.
  • Estude em grupo: o estudo em grupo é bom tanto para aqueles que têm alguma dificuldade como também para os que assumem o papel de guia.
  • Apesar da metodologia de projeto requerer habilidade com matemática, a intuição ainda é a maior arma do projetista. Procure fortalecer este aspecto, procurando imaginar problemas análogos com a vida real ou outras disciplinas.
  • Não se prenda aos exemplos de sala-de-aula. Use a imaginação e faça mudanças (e.g., sentido dos diodos, inserir tensões onde há um terra, efeito de cada componente na curva característica). Analise os circuitos com as mudanças e procure imaginar em que ele pode ser usado.
  • Procure por notas técnicas em sites de fabricantes. Existem vários exemplos bastante interessantes e desafiadores. Alguns exemplos são a National Semiconductors, Texas Instruments, Maxim, Analog Devices, ON Semiductor e Linear Technology (mas não apenas!).
  • Procure estudar diariamente, ou pelo menos 2h para cada aula ministrada, conforme previsto no regulamento da UnB. Estudar logo após a aula permite fortalecer os conceitos expostos pelo professor, mesmo que não tenha tido tempo para copiar a aula.
  • As provas são elaboradas procurando beneficiar aqueles que respondem corretamente todas as questões e que são mais rápidos na obtenção de tais resultados. Ou seja, espera-se que o aluno SS fará corretamente a prova em duas horas. Em geral, os mais lentos não conseguirão fechar este prazo assim como os mais relapsos não acertarão todos os quesitos, mesmo que terminem antes. De fato, empresas não gostam de projetistas que erram muito pois isto implica em mais tempo para concluir o projeto (se o erro for detectado), aumentam o risco no empreendimentos (caso de erro não detectado), ou os deixam muito caros (muito tempo para elaborar um projeto).

Provas dos períodos anteriores


Simulações MATLAB


Datasheets

Para manter o vínculo com a aplicação, durante as aulas teóricas serão usados exemplos de dispositivos eletrônicos comerciais. Abaixo está uma lista de alguns deles, com os respectivos manuais

Dispositivo
Função
Amplificador Track/Hold (Analog Devices)
Amplificador de instrumentação (Analog Devices)
Amplificador com ganho programável (Analog Devices)
Conversor RMS-DC verdadeiro (Analog Devices)
Sensor de temperatura (Analog Devices)
Amplificadores para termopares (Analog Devices)
Amplificador de instrumentação de baixo custo (Single Supply, Rail-to-Rail).pdf
Condicionador universal para LVDTs (Analog Devices)
Multiplicador/Divisor de 4 quadrantes (Analog Devices)

Sensor de campo magnético (Analog Devices)

Amplificador logarítmico (Analog Devices)
Acelerômetro (Analog Devices)
Girômetro com circuito de condicionamento de sinal.pdf
Temporizador (National Semiconductors). O manual do NE555 tem mais informações.
Conversor freqüência-tensão (National Semiconductors)
Duplo filtro a capacitor chaveado.pdf
Sensor de pressão com compensação de temperatura.pdf

 


Laboratório

  • Período 2010.1: Projetar um atuador do tipo fonte de corrente para motor de corrente contínua. Esse projeto pode servir de base para controladores de carros elétricos. O motor não precisa girar nos dois sentidos. A corrente de referência deve ser obtida de um potenciômetro. A corrente máxima aceitável que passe pelo motor deve ser também ajustável. Para o projeto os alunos receberão dois MOSFETS IRFZ44N, um motor e poderão fazer uso de uma fonte de alimentação de laboratório, ajustada para +/-12V. Como material de referência, sugere-se:
    • Nota de aplicação AN1319 - Design Considerations for a Low Voltage N-Channel H-Bridge Motor Drive, da Motorola Semiconductor.
    • Nota de aplicação 4109 - A Guide to the Design of Current Feedback Control, da Fairchild Semiconductor.
  • Período 2007.2:
    Neste período haverá apenas um único requisito de projeto a ser desenvolvido com um motor/tacômetro e transistor MOSFET entregues pelo professor em 04/12/2007. Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo lab_ic.pdf.
  • Período 2007.1:
    Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo lab_ic.pdf. O sorteio das equipes-projeto foi feito por MATLAB.

    Projeto

    Projeto A : Medidor de velocidade de motor usando sensor óptico de passagem
    Equipe: 2 (responsável: Rodrigo Almeida).

    Projeto B : Medidor remoto de velocidade de motor usando o padrão 4-20mA.
    Equipe: 4 (responsável: Luiz Carlos Filho).

    Projeto C : Medidor remoto de velocidade de motor usando modulação em freqüência.
    Equipe: 3 (responsável: Fillipe Couto).

    Projeto D : Sonar ultrasônico para medição de distância.
    Equipe: 6 (responsável: Lucas Machado).

    Projeto E : Termômetro usando termistor.
    Equipe: 5 (responsável: Adriano Ramos).

    Projeto F: Capacímetro digital.
    Equipe: 1 (responsável: Marcio Zanatta).

  • Período 2006.2:
    Neste período haverá apenas um único requisito de projeto a ser desenvolvido com um kit motor/tacômetro que será entregue pelo professor em 30/11/2006. Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo lab_ic.pdf.
  • Período 2006.1:
    Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo lab_ic.pdf. O sorteio das equipes-projeto foi feito por MATLAB.

    Projeto

    Projeto A : Controle de velocidade de motor CC de baixa potência (corrente < 1A, ±12V) usando acionamento linear de tensão e controlador PID com anti-windup.
    Equipe: 1 (responsável: Glauco Scandaroli).

    Projeto B : Controle de velocidade de motor CC de baixa potência (corrente < 1A, ±12V) usando acionamento linear de corrente e controlador PID com anti-windup
    Equipe: 2 (responsável: Felipe Mello Santos).

    Projeto C : Controle de velocidade de motor CC de baixa potência (corrente < 1A, ±12V) usando acionamento linear de tensão e controladores de corrente e de velocidade em cascata.
    Equipe: 5 (responsável: Dilso Marques).

    Projeto D :Controle de velocidade de motor CC de média potência (corrente < 3A, ±12V) usando acionamento linear de tensão e controlador PID com anti-windup
    Equipe: 6 (responsável: Gleyson).

    Projeto E : Controle de velocidade de motor CC de média potência (corrente < 3A, ±12V) usando acionamento linear de corrente e controlador PID com anti-windup
    Equipe: 4 (responsável: Jorge Abreu).

    Projeto F: Controle de velocidade de motor CC de média potência (corrente < 3A, ±12V) usando acionamento linear de tensão e controladores de corrente e de velocidade em cascata.
    Equipe: 3 (responsável: Marcelo Ottoni).

  • Período 2005.2:
    Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo lab_ic.pdf.

    Projeto

    Projeto 1: Controle de velocidade de motor CC de baixa potência usando PID com anti-windup e acionamento
    PWM de tensão.
    Equipe: Bruno Borges (responsável).

    Projeto 2: Controle de velocidade de motor CC de média potência usando PID com anti-windup e acionamento
    PWM de tensão.
    Equipe: Flávio Louredo (responsável).

    Projeto 3: Controle de velocidade de motor CC de baixa potência usando PID com anti-windup e acionamento
    por fonte de corrente.
    Equipe: Marcelo Cruz (responsável).

    Projeto 4: Controle de velocidade de motor CC de média potência usando PID com anti-windup e acionamento
    por fonte de corrente.
    Equipe: Leandro Câmara (responsável).

    Projeto 5: Controle de velocidade de motor CC de baixa potência usando controle em cascata com antiwindup
    e acionamento PWM.
    Equipe: Paulo Carrijo (responsável).

    Projeto 6: Controle de velocidade de motor CC de média potência usando controle em cascata com antiwindup
    e acionamento PWM.
    Equipe: Nagao Kawano (responsável).

  • Período 2005.1:
    • Roteiro Laboratório 2. A ordem dos experimentos foi determinada de forma aleatória. Cada grupo deve realizar o experimento do mesmo número do que foi realizado no laboratório 1.
    • Roteiro Laboratório 3. A ordem dos experimentos foi determinada de forma aleatória. Cada grupo deve realizar o experimento do mesmo número do que foi realizado no laboratório 1.
  • Período 2004.2:
    Os requisitos para cada projeto estão especificados no arquivo projetos.pdf.

    Projeto

    Projeto A: Controle de Velocidade de Motor DC.
    Equipe: Carlos Pires, Carlos Maciel, Magno, Renata, Renato, Wagner.

    Projeto B: Controle de Velocidade de Motor DC.
    Equipe: Rodrigo, Luciano, Thyago, Leandro, Heiji.

    Projeto C: Controle de Velocidade de Motor DC.
    Equipe: Antônio Diogo, Diogo Mendonça, Thiago Rezende.

    Projeto D: Controle de Velocidade de Motor DC.
    Equipe: Arthur, David, Diego, Bruno, Leandro Miranda, Leonardo Cotta.

    Projeto E: Controle de Velocidade de Motor DC.
    Equipe: Ivander, Carlos Eduardo, Alberto Cázer, Elias, Andrey, Mário.

  • Período 2004.1:

    Projeto
    Fotos

    Projeto A: Medidor de velocidade de motor equipado com tacômetro por rede 4-20mA . Equipe: Carla, Samuel, Leandro e Getúlio.

    Projeto B: Medidor de velocidade usando sensor eletromagnético. Equipe: Wagner, Filipe, João e Henrique.

    Projeto C: Medidor de velocidade de motor usando um único sensor óptico de passagem. Equipe: Sandro Kenji, Bruno, Paulo Pastore, Roberto e Alyson.

    Projeto D: Medição de pequenos deslocamentos por medição de tempo de vôo de pulsos ultra-sônicos. Equipe: Marcos Castelo, Bruno Ribeiro, Emmanuel e José Luiz.

    Sem fotos, mas funcionou!

    Projeto E: Capacímetro digital usando ponte reativa. Equipe: prof. Geovany.

    Sem fotos, mas funcionou!

    Projeto E: Implementação discreta de um DVM de 2-1/2 dígitos. Equipe: Egon, Rodrigo, Paulo Magno e Ronaldo Isoni.

    Projeto F: Acionamento PWM de motor CC de média potência usando ponte H de MOSFETs canal N. Equipe: Gustavo, Plínio, Pedro Paim e Cascão


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