Sistema Pêndulo + Hélice: Control De Posição: 5 Steps

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest experiment va ser desenvolupat com a treball pràctic da disciplina "Eletrônica Industrial" no primer semestre de 2018, pelos alunos Eduardo Coelho e Rodrigo Sousa, do course of engenharia Aeroespacial na Universidade Federal de Minas Gerais.

O "Sistema pêndulo + hélice: controle de posição" buscou uma abordagem pràtica de tècniques de control per posicionar um pêndulo a partir de uma posição de referência setada. Esse control of posição foi fet using controles dos following types: liga / desliga, proporcional (kp), e proporcional-integral-derivativo (kp, kd, ki). Finalment, es va observar una influència de diversos tipus de control, i a dificultat en sintonia de controladors.

Pas 1: Selecció de components i materials

Per a la construcció del projecte, foram utilitzats:

Eletrônica

2 Potenciòmetres (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 resistència de 100 mili ohms (R $ 0, 20)

1 motor CC 3,7 V 48000 rpm (R $ 4, 00)

Materiais

Balsa de Madeira (per a pressa)

MDF (per o suporte do pêndulo)

Fita isolante

Cola

Equipaments

Serra

Furadeira

Cost total: R $ 70, 00 (aproximat)

Pas 2: Montagem Do Sistema

A montagem do sistema é muito simples, mas uma atenção especial foi demandada per um component muito sensível: o transistor MOSFET. Seu manuseio deve ser cuidadoso, uma vez que a estática do próprio corpo es capaz de o danificar, se um de los seus terminais entrar en 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 construtivas / Dicas:

A base do experimento, was fabricado em MDF com corte a laser, e a escala de graus também was gravada with 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 suficient per que o empuxo do motor seja o suficient for elevá-la. (braç d'alavanca).

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

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

Na primera estratègia de control utilitzat, inspirats per experiments semelhantes, va ser implementat com a control que, a partir da referència (do potenciômetro de referência) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele estivesse abaixo da referência e desligava-o case sua posição ultrapassasse a mesma. Per exemple:

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 novament 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", deixant o sistema oscilante com pots ser vist no gràfic. No hi ha vídeo, és possible observar o funcionar oscil·lant.

O codigo comentado esta disponible per descarregar.

Pas 4: 2. Controleu Proporcional

No sistema de control proporcional, a acció de control (tração do motor controlada por PWM) és proporcional al valor do erro: o ângulo medido pelo potenciômetro de medição é comparado com o ângulo desejado e este erro é multiplicado por uma constant para obtener qual será a potencia fornecida ao motor. Per 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 permanent (o braço se estabiliza em uma posição um little abaixo da desejada)

No código, por simplicidad, o erro é medido em graus e a ação de control é um número de 0 a 255, perém não há problema pois podeu-mudar-se constantment per corregir aquest erro.

O codigo esta disponible per descarregar.

Pas 5: 3. Control Proporcional-Integral Derivatiu

No hi ha sistema PID, una acció de control que té en compte 3 característiques de l’error:

1- (Parcela Proporcional) O valor do erro assim com 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 parcela para a 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 permanent.

O codi està disponible per descarregar.