Sistema Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Este eksperimento 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 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). Končno, za opazovanje in vpliv dos diversos tipos de controle in e dificuldade na sintonia de controladores.

Korak: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, za uporabo:

Eletrônica

2 potenciala (1,90 €)

1 tranzistor Mosfet IRF1404 (R $ 8, 00)

1 Arduino uno (34,90 USD)

1 Bateria Lipo (3,7 V) (15,00 USD)

Cabos conectores (5,00 USD)

1 upor 100 mili ohmov (0, 20 USD)

1 motor DC 3,7 V 48000 vrt / min (4 USD, 00 USD)

Materiali

Madeira balsa (za naglico)

MDF (para o suporte do pêndulo)

Fita isolante

Cola

Oprema

Serra

Furadeira

Skupna cena: 70,00 USD (približno)

2. korak: Montagem Do Sistema

Montaža do sistema je enostavna za uporabo, še posebej za posebne zahteve po komponentah senzorja: tranzistor 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, no desenho, na verdade se encontra na haste do pêndulo, e varia com a descida e subida do mesmo.

** Dificuldades construtivas/Dicas:

Osnova za eksperimentiranje, izdelana iz MDF -ja, z laserskim vmesnikom in lasersko tamburo za laserski gravada.

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 ali mesmo terra do Arduino. Sem isso o sistemu não liga.

3. korak: 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 referência) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele estivesse abaixo da referência sua posição ultrapassasse a mesma. Na primer:

Foi setada uma posição na referência de 45º;

O pêndulo inicialmente se encontrava a 0º;

O sistemu liga o motorju e o braço sobe;

Nova medição da posição do braço indica 50º;

O sistemu desliga o motorju e o braço desce;

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

O sistemu liga o motorju e o braço sobe.

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

O codigo comentado esta disponivel para download.

4. korak: 2. Controle Proporcional

No system de controle proporcional, a ação de controle (tração do motor controlada por PWM) é proporcional ao valor do erro: o ângulo medido pelo potenciômetro de medição é comparado com o ângulo desejado e este erro é multiplicado por uma constante para obter qual ser potencia fornecida ao motor. Por isso, conforme o braço se aproxima da posição desejada, 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 mode permanentnte (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 problem pois pode-se mudar a constante para corrigir este erro.

O codigo esta disponivel para download.

5. korak: 3. Controle Proporcional-Integral Derivativo

Brez sistema PID, le da se upoštevajo 3 značilnosti napake:

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 doprinosi desa parcela para a ação de controle.

3- (Parcela Derivativa) Variação instantânea do erro. Quanto mais o erro varia no tempo, maior é a doprinosição 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 mode permanentnte.

O código está disponível para download.