Sistema Pêndulo + Hélice: Controle De Posição - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Este experimento foi desenvolvido como trabalho prático da disciplina "Eletrônica Industrial" no primeiro semestre de 2018, pelos alunos Eduardo Coelho und Rodrigo Sousa, do curso de engharia Aeroespacial an der 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, observado a influência dos diversos tipos de controle, e a difificuldade na sintonia de controladores.

Schritt 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, foram utilizados:

Eletronica

2 Potenciômetros (1, 90 R$)

1 Transistor-Mosfet IRF1404 (8, 00 R $)

1 Arduino-Uno (R $ 34, 90)

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

Cabos conectores (R$ 5,00)

1 Widerstand von 100 Milliohm (0, 20 R$)

1 Motor DC 3,7 V 48000 U / min (R $ 4, 00)

Material

Madeira Balsa (para a haste)

MDF (para o suporte do pêndulo)

Fita Isolate

Cola

Ausrüstung

Serra

Furadeira

Custo insgesamt: R$ 70, 00 (ca.)

Schritt 2: Montagem Do Sistema

A montagem do sistema é muito simples, mas uma atenção especial foi demandada para um Componente muito sensível: o Transistor MOSFET. 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 conto 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 construtivas/Dicas:

A base do experimento, foi fabricado em MDF com corte a laser, e a 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 helice, 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).

Muito Importante Que oder Terra da Bateria Seja oder Mesmo Terra do Arduino. Sem isso o sistema não liga.

Schritt 3: 1. Sistema De Controle De Posição Liga/Desliga

Na primeira estratégia de controle utilizada, inspirados por experimentos semelhantes, foi implementado um controle que, a partir da referência (do potenciômetro de referncia) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele estivesse abaiso des referên sua posição ultrapassasse a mesma. Für Beispiel:

Foi setada uma posição na referência de 45º;

O pêndulo inicialmente 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 motor 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 como pode ser visto no gráfico. Kein Video, é possível observar o funcionamento oscilante.

O codigo comentado esta disponivel para download.

Schritt 4: 2. Proportionalkontrolle

No sistema de controle proporcional, a ação de controle (tração do motor controlada por PWM) é proporcional ao valor do erro: ein potencia fornecida ua motor. 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)

Kein 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.

O codigo esta disponivel para download.

Schritt 5: 3. Proportional-integrale Ableitung kontrollieren

No sistema PID, a ação de controle leva em Berücksichtigung von 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 maior o tempo em que há um valor de erro, maior a contribuição dessa packagea para ação de controle.

3- (Parcela Derivativa) Eine Variação instantânea do erro. Quanto mais oder erro varia no tempo, maior é a contribuição dessa packeta.

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

O código está disponível para download.