Questões de Concurso Para tecnologista júnior i - engenharia de sistemas de satélites - missões espaciais

Uma determinada indústria resolveu adicionar a sua planta um processo que realiza o tratamento térmico de peças metálicas, para que estas obtenham propriedades mecânicas desejadas. Esse processo consiste na inserção de uma peça dentro de um forno elétrico, cuja temperatura é controlada por um controlador do tipo PI, de função de transferência dada por


Após instalação do sistema, foi executado a função “autoajuste” presente no controlador PI, que estabeleceu um par de valores iniciais para as constantes K_p e T_i do respectivo controlador.
Em seguida, o sistema passou por um teste de validação, que consistiu na execução de um degrau na referência, com intuito de verificar como o sistema seguia a temperatura pré-determinada.
Ao analisar a resposta do sistema, verificou-se que a temperatura do forno possuía tempo de subida adequado, mas com tempo excessivo para eliminação de erro de estado estacionário.
Neste caso, para melhorar a resposta transitória desse sistema, se faz necessário 

Em testes de comissionamento de sistemas de controle em operação é comum aplicar sinais do tipo degrau e rampa, uma vez que essas respostas temporais contêm características do desempenho do sistema em regime permanente.
Considere um sistema de controle com realimentação unitária, cuja função de transferência de malha aberta possui um polo na origem.
Quanto ao erro de regime permanente ao seguir sinais do tipo degrau e rampa, esse sistema apresentará

Antes de proporcionar o desempenho desejado a determinado sistema dinâmico controlado, o controlador deve garantir que o referido sistema seja estável em malha fechada.
Considere que determinado sistema de controle é representado pela sua função de transferência de malha aberta M(s), dada por


Com relação a estabilidade deste sistema, analise as afirmativas a seguir.

I. É independente do valor do parâmetro k.
II. É independente do valor do parâmetro a.
III. É independente dos valores dos parâmetros b e c.

Está correto o que se afirma em

Uma das grandes vantagens do controle por realimentação de estados é a de garantir total controle da dinâmica do sistema, permitindo alocar todos os polos do sistema em posições desejadas pelo projetista, desde que o sistema em questão seja controlável. Considere um sistema dinâmico em malha aberta dado pela seguinte equação:


em que x₁, x₂ são estados e u a entrada. 
Após a inserção de um controlador por realimentação de estados de ganho K = [2 4] , o sistema em malha fechada passa a ter polos em

Desde que associado a um confiável e robusto observador de estados, o controle por realimentação de estados observado consegue alcançar especificações de desempenho geralmente superiores as atingidas por controladores de realimentação de saída sintetizados sob o paradigma do controle clássico.
Com relação às características do controle por realimentação de estados observados de ordem completa, analise as afirmativas a seguir.

I. A dinâmica do observador não é observável do ponto de vista de entrada e saída da planta.
II. A ordem do controlador é sempre superior à ordem da planta.
III. O ganho do regulador interfere na alocação de polos da planta.

Está correto o que se afirma em

Um dos principais obstáculos na implementação de um controlador por realimentação de estados é que raramente todos os estados de uma planta real podem ser diretamente obtidos, onde muitas vezes é até impossível o sensoriamento de alguns estados internos da dinâmica em questão.
Uma maneira de contornar esse problema é fazer uso de um observador de estado de ordem completa, cuja matriz de ganhos do observador (comumente associada a letra L) tem a função de 

A transformada de Laplace é extensamente utilizada em sistemas de controle, uma vez que os principais métodos clássicos de análise e síntese são realizados no domínio da frequência. Corroborando com essa prática, verifica-se que muitas características da resposta temporal podem ser inferidas diretamente e até mais facilmente no domínio da frequência, sem a necessidade de se computar a transformada inversa de Laplace.
Considere um sistema de controle que, após ser excitado por um sinal de banda estreita, produz um sinal de saída y(t) com a seguinte representação no domínio da frequência: 


Os valores de y(t) para t = 0 e t → ∞ são, respectivamente,  

Sistemas dinâmicos podem apresentar inúmeras realizações em espaço de estado, onde todas apresentam mesma relação entradasaída. No entanto, algumas realizações contêm propriedades peculiares, tais como a realização balanceada, largamente empregada em algoritmos de redução de modelo como o truncamento balanceado.
Considere que um determinado sistema dinâmico possui uma realização em espaço de estados inicial, e que essa realização é “rotacionada” para uma nova realização através de uma matriz de transformação P.
Com relação à transformação de similaridade empregada na matriz de estado da realização inicial, analise as afirmativas a seguir.

I. Consiste na mudança das bases da matriz transformada.
II. Preserva autovalores da matriz transformada.
III. A matriz de transformação P deve ser unitária.

Está correto o que se afirma em

Considere que N termômetros meteorológicos são colocados em certa região dentro de uma circunferência de raio R.
A probabilidade de a distância entre o centro da circunferência e o termômetro mais próximo ser maior que r, sendo r < R, é igual a

O momento de inércia de área, também conhecido como momento de segunda ordem de área, em relação ao eixo x, o momento de inércia de área em relação ao eixo y e o produto de inércia de área, em relação aos eixos x e y, de um elemento estrutural são iguais, respectivamente, a I_x = 4 × 10⁶mm⁴, I_y = 2 × 10⁶mm⁴ e I_xy = −10⁶mm⁴.
O momento de inércia de área máximo e o momento de inércia de área mínimo, ambos em relação à origem do sistema de coordenadas, são, respectivamente, em 10⁶mm⁴, iguais a
Dado: considere √2 ≅ 1,4.

A figura a seguir mostra uma barra de 1m de comprimento ligada, por pinos, a trilhos que deslizam, sem atrito, em A na vertical para baixo e em B na horizontal para a direita.


No instante em que o ângulo da barra com a vertical é igual a θ =30°, a aceleração do ponto A da barra possui módulo igual a 4m/s²e sua velocidade angular é igual a 2rad/s.
Para o instante em que θ = 30°, o módulo da aceleração angular, em rad/s², da barra é igual a

Um cilindro maciço, de 1m de raio, 10kg de massa e momento de inércia em relação ao seu centro de massa igual a 5kgm², é abandonado, do repouso, sobre uma superfície que faz 30º com a horizontal. No instante do abandono, é aplicado ao cilindro um momento igual a 20Nm, no sentido de frear o rolamento deste.
Sabendo que os coeficientes de atrito entre o cilindro e a superfície são iguais a 0,1 e 0,2, sobre o tipo de movimento do cilindro e a aceleração linear, em m/s², envolvida, é correto afirmar que
Dados: considere g = 10m/s² e √3 ≅ 1,7.

Uma barra de massa desprezível é posta para girar, no plano xy, no sentido anti-horário, em torno de um eixo fixo que passa por uma de suas extremidades, com velocidade angular constante e igual a 
Sabendo que a barra possui 10 cm de comprimento, o momento angular de uma partícula de massa igual a 4 kg, na extremidade da barra oposta ao eixo de rotação, em kgm2/s, é igual a 

Um aro, de massa m e raio r, preso à borda de um disco de massa uniformemente distribuída M e raio R, formam um corpo rígido que está inicialmente em repouso sobre uma superfície horizontal de atrito desprezível. O corpo rígido pode girar em torno de um eixo vertical que passa pelo centro o do disco.


O sistema é submetido a um momento do binário de módulo M = 8t, onde M é medido em Nm e t em segundos. No instante t = 2s a energia cinética do sistema é igual a 2 x 10³J.
Desprezando o atrito no eixo de rotação, o valor do momento de inércia do conjunto disco e aro, em relação ao eixo de rotação do conjunto, em kgm², é igual a 

Um cilindro maciço de massa uniformemente distribuída m = 60kg e raio r, cujo momento de inércia em relação ao centro de massa é igual a 1/2 mr², é abandonado do repouso sobre um plano inclinado que faz 30° com a horizontal.
Sabendo que o cilindro rola sem deslizar e admitindo a aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s², o valor da força de atrito entre o cilindro e o plano inclinado é igual a

A figura a seguir mostra um cursor P que desliza sobre uma barra com velocidade constante de módulo igual a u = 0,5 m/s, em relação à barra. Simultaneamente ao movimento do cursor, a barra gira com velocidade angular constante de módulo igual a ω = 2 rad/s.

No instante em que a distância do cursor ao eixo de rotação é igual a r = 1 m, o módulo da aceleração do curso é igual a

A figura mostra um corpo rígido que é formado por uma haste uniforme, de comprimento L e massa 2m, e um aro (anel) uniforme, de raio R = L/4 e massa m, preso à haste.


O sistema pode girar livremente em torno de um eixo horizontal perpendicular à haste e passando na sua extremidade. Sabe-se que o corpo rígido é solto a partir do repouso com a haste na horizontal.

Dados:
• - Momento de inércia do anel em relação ao seu centro de massa: MR²
• Momento de inércia da haste em relação ao seu centro de massa: 1/12 M_hL²

No instante em que o sistema gira de um ângulo θ, o módulo da aceleração centrípeta de uma partícula localizada no centro de massa da haste, m/s², é igual a 

A figura a seguir mostra uma haste rígida uniforme de massa M_h e comprimento L, presa a um disco rígido uniforme de massa M_D e raio R, sendo M_h = 3M_D e L = 4R. O centro de massa do disco coincide com o centro de massa da haste.


O conjunto haste-disco está inicialmente em repouso, e pode girar em torno de um eixo de rotação localizado na extremidade superior da haste. Uma partícula, de massa m, atinge a extremidade inferior da haste com velocidade de módulo v, ficando grudada na haste, ou seja, há um impacto perfeitamente inelástica entre a partícula e a haste.

Dados:
• Momento de inércia do disco em relação ao seu centro de massa: 1/2 M_DR²
• Momento de inércia da haste em relação ao seu centro de massa: 1/12 M_hL²
A energia cinética do sistema (haste – disco – partícula) no instante imediatamente após o impacto, em Joule, é igual a

A figura a seguir mostra um corpo celeste de massa M = 211 x 10¹⁸ kg que descreve uma órbita elíptica em torno deuma grande estrela, cuja massa é da ordem de 10¹⁰ vezes a massa do corpo celeste.



A distância do corpo celeste ao centro da estrela no apoastro é de 32x 10⁷ km, e no periastro é de 51× 10⁷ km. Além disso, sabe-se que as velocidades mínima e máxima do corpo celeste são, respectivamente, iguais a 1,4 × 10⁴m/s e 2,2 × 10⁴m/s.
A magnitude da quantidade de movimento angular do corpo celeste ao passar pelo ponto S, indicado na figura, é igual a 

Um satélite natural descreve uma órbita elíptica em torno de um planeta. A distância do satélite ao centro do planeta no apoastro é igual a 40 x 10¹¹m, e a distância do satélite ao centro do planeta no periastro é igual a 20 x 10¹¹m. 
A velocidade máxima do satélite é igual a
Dado: G x M_planeta = 1,2 x 10²⁰ Nm²/kg, sendo G a constante gravitacional e M_planeta é a massa do planeta.