Sistema Pendulo + Hélice: Controle De Posição: 5 Steps

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Este Experimento foi desenvolvido come trabalho prático da disciplina "Eletrônica Industrial" no primeiro semestre de 2018, pelos alunos Eduardo Coelho e Rodrigo Sousa, do curso de engenharia Aeroespacial na Universidade Federal de Minas Gerais.

O "Sistema pêndulo + hélice: controle de posição" buscou uma abordagem prática de técnicas de controle para posicionar um pêndulo a partir de uma posição de referência setada. Esse controle de posição foi feito utilizando controles dos seguintes tipos: liga/desliga, proporcional (kp), e proporcional-integral-derivativo (kp, kd, ki). Finalmente, foi observado a influência dos diversos tipos de controle, e a dificuldade na sintonia de controladores.

Fase 1: Selezione dei componenti e dei materiali

Para construção do projeto, foram utilizados:

Elettronica

2 Potenziometri (R $ 1, 90)

1 transistor Mosfet IRF1404 (R $ 8, 00)

1 Arduino uno (R$ 34, 90)

1 Bateria Lipo (3,7 V) (R$15, 00)

Cabos conectores (R $ 5, 00)

1 Resistenza da 100 mili ohm (R$0, 20)

1 motore DC 3,7 V 48000 RPM (R $ 4, 00)

materiale

Balsa di Madeira (para a fretta)

MDF (para o suporte do pendulo)

Fita isolante

Coca Cola

Equipaggiamenti

Serra

Furadeira

Totale cliente: R$ 70, 00 (circa)

Passaggio 2: montaggio fai sistema

Un montaggio del sistema è molto semplice, ma richiede un'attenzione speciale per i componenti più sensibili: o MOSFET a transistor. Seu manuseio deve ser cuidadoso, uma vez que a estática do próprio corpo é capaz de o danificar, se um de seus terminais entrar em contato com o corpo humano.

Lembrete: O potenciômetro de referência, no desenho, na verdade se encontra na haste do pêndulo, e varia com a descida e subida do mesmo.

**Dificuldades costruttivas/Dicas:

Una base fa esperimento, foi fabricado em MDF com corte a laser, e un'escala de graus também foi gravada com laser.

O motor, acoplado na ponta do pêndulo, foi 'emendado' com fita crepe e pedaços de madeira para que a hélice, ao girar, não encostasse na madeira e pudesse gerar empuxo corretamente.

A haste deve ser longa o suficiente para que o empuxo do motor seja o suficiente para elevá-la. (braço de alavanca).

É muito importante que o terra da bateria seja o mesmo terra do Arduino. Sem isso o sistema não liga.

Passaggio 3: 1. Sistema di controllo della posizione Liga/Desliga

Na primeira estratégia de controle utilizada, inspirados por experimentos semelhantes, foi implementado um controle que, a partir da referência (do potenciômetro de referência) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele summersse abaixo da referência e desligava-o sua posizione ultrapassasse a mesma. Per esempio:

Foi setada uma posição na referência de 45º;

O pêndulo inizialmente se encontrava a 0º;

O sistema liga o motor e o braço sobe;

A nova medição da posição do braço indica 50º;

O sistema desliga o motore e o braço desce;

Mede-se novamente e o braço desceu para 35º;

O sistema liga o motor e o braço sobe.

E assim a posição do pêndulo é controlada por um "liga/desliga", deixando o sistema oscilante come pode ser visto no gráfico. No vídeo, é possível observar o funcionamento oscilante.

O codigo comentado è disponibile per il download.

Passaggio 4: 2. Controllo proporzionale

Nessun sistema di controllo proporzionale, ação de controle (tração do motor controlada por PWM) é proporcional ao valor do erro: o ângulo medido pelo potente metro de medição é comparado com o ângulo desejado e este erro é moltiplicato per sempre per qualsiasi cosa una potenza fornecida ao motore. Por isso, conforme o braço se aproxima da posição desejada, a tração do motor é diminuida. Isso proporciona uma subida um pouco mais suave do que no sistema liga e desliga, porém também acarreta um erro em regime permanente (o braço se estabiliza em uma posição um pouco abaixo da desejada)

No código, por simplicidade, o erro é medido em graus e a ação de controle é um número de 0 a 255, porém não há problema pois pode-se mudar a constante para corrigir este erro.

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Passaggio 5: 3. Controle Proporcional-Integral Derivativo

Nessun sistema PID, ação de controle leva em consideração 3 características do erro:

1- (Parcela Proporcional) O valor do erro assim como no controle proporcional.

2- (Parcela Integral) A soma dos valores de erro ao longo do tempo. Quanto mai o tempo em que há um valor de erro, maior a contribuição dessa parcela para ação de controle.

3- (Parcela Derivativa) A variação instantânea do erro. Quanto mais o erro varia no tempo, maior é a contribuição dessa parcela.

Com as constantes certas, o controle PID proporciona uma subida suave até o ângulo desejado e, devido a parcela integral, corrige qualquer erro em regime permanente.

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