Qhov System Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:27

Este experimento foi desenvolvido como 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 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). Thaum kawg, qhov kev soj ntsuam ntawm qhov cuam tshuam ntawm dos diversos tipos de controle, e dificuldade na sintonia de controladores.

Kauj Ruam 1: Seleção De Componentes E Materiais

Txhawm rau tsim cov phiaj xwm, siv cov txheej txheem:

Eletrônica

2 Cov Khoom Siv Hluav Taws Xob (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 Resistor de 100 mili ohms (R $ 0, 20)

1 Tsav DC 3.7V 48000RPM (R $ 4, 00)

Materiais

Madeira balsa (sai sai)

MDF (rau kev txhawb nqa sab hauv)

Fita cais

Cola

Khoom siv

Serra

Furadeira

Custo tag nrho: R $ 70, 00 (aproximado)

Kauj Ruam 2: Montagem Do Sistema

Ib lub montagem ua qhov system é muito simples, mas uma atenção tshwj xeeb 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 contato com o corpo humano.

Lembrete: O potenciômetro de referência, tsis muaj desenho, na verdade se encontra na sai do pêndulo, e varia com a descida e subida do mesmo.

** Dificuldades construtivas/Dicas:

Lub hauv paus ua kev sim, foi fabricado em MDF com corte lub laser, e escala de graus também foi gravada com laser.

O lub cev muaj zog, 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.

Kev nrawm nrawm rau ntev lossis suficiente para que o empuxo do motor seja o suficiente para elevá-la. (braço tsib alavanca).

Ito muito tseem ceeb que o terra da bateria seja o mesmo terra do Arduino. Lub kaw lus ua haujlwm zoo li qub.

Kauj Ruam 3: 1. Sistema De Controle De Posição Liga/Desliga

Los ntawm qhov tseem ceeb ntawm kev siv lub luag haujlwm, kev txhawb nqa los ntawm kev sim ua semelhantes, foi implementado um controle que, ib feem ntawm kev xa ntawv (ua potenciômetro de referência) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele estivesse abaixo da referência o casl sua posição ultrapassasse a mesma. Piv txwv li:

Cov ntaub ntawv pov thawj ntawm kev xa mus rau 45º;

O pêndulo inicialmente se encontrava a 0º;

Nws yog lub tshuab hluav taws xob lossis lub tshuab hluav taws xob;

Nova medição da posição do braço indica 50º;

Nws yog lub tshuab hluav taws xob los yog lub tshuab hluav taws xob;

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

Nws yog lub tshuab hluav taws xob lossis lub tshuab hluav taws xob.

E assim a posição do pêndulo é controlada por um "liga/desliga", deixando o sistema oscilante como pode ser visto no gráfico. Tsis muaj cov vis dis aus, koj tuaj yeem pom qhov kev lom zem lossis kev lom zem.

Nws codigo comentado esta disponivel rau download.

Kauj Ruam 4: 2. Controle Proporcional

Tsis muaj lub tshuab hluav taws xob tiv thaiv kev ua haujlwm, ação de controle (tração ua lub cev muaj zog tswj hwm los ntawm PWM) é proporcional ao valor do erro: o ulngulo medido pelo potenciômetro de medição é comparado com o ulngulo desejado e este erro é multiplicado por uma constante potencia fornecida ao motor. Los ntawm txoj kev, ua raws li kev pom zoo los ntawm aproxima da posição desejada, thiab ua raws li lub cev muaj zog lossis tsawg dua. 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 buildiliza em uma posição um pouco abaixo da desejada)

Tsis muaj código, rau kev yooj yim, o erro é medido em graus e ação de controle é um número de 0 a 255, porém não há problema pois pode-se mudar a constante para corrigir este erro.

Nws codigo esta disponivel rau download.

Kauj Ruam 5: 3. Controle Proporcional-Integral Derivativo

Tsis muaj qhov system PID, ação de controle leva em consideração 3 tus yam ntxwv ua rau erro:

1- (Parcela Proporcional) O valor do erro assim como tsis muaj kev tiv thaiv tus kws lij choj.

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 parcela para ação de controle.

3- (Parcela Derivativa) Ib qho kev hloov pauv sai sai rau erro. Quanto mais o erro varia no tempo, maior é a contribuição dessa parcela.

Com raws li daim ntawv pov thawj tas mus li, kev tiv thaiv PID proporciona uma subida suave até o ângulo desejado e, devido a parcela integral, corrige qualquer erro em regime permanente.

Nws yog ib qho yooj yim mus download tau.