Sistema Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Jest to eksperyment z praktyką praktyk zawodowych w dyscyplinie „Eletrônica Industrial” w pierwszym semestrze w 2018 roku, byli znajomi Eduardo Coelho i Rodrigo Sousy, którzy przeszli do Engenharii Aeroespacial na Federalnym Uniwersytecie 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.

Krok 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, foram utilizados:

Eletronica

2 Potencjometry (1, 90 BRL)

1 tranzystorowy mosfet IRF1404 (8, 00 R$)

1 Arduino uno (34, 90 BRL)

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

Cabos conectores (5, 00 R$)

1 rezystor 100 miliomów (0, 20 R$)

1 silnik prądu stałego 3,7 V 48000 obr./min (4, 00 R$)

Materiały

Madera balsa (para a haste)

MDF (para o suporte do pendulo)

Fita izolacja

Cola

Wyposażenie

Serra

Furadeira

Całkowity koszt klienta: 70,00 R$ (w przybliżeniu)

Krok 2: Montagem Do Sistema

A montagem do sistema é muito simples, mas uma atenção especial foi demandada para um componente muito sensível: o tranzystor 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:

Podstawa do eksperymentu, foi fabricado em MDF com corte laser, e 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).

Jest to ważne, jeśli chodzi o terra da bateria seja lub mesmo terra zrobić Arduino. Sem isso o sistema não liga.

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

Na primeira estratégia de controle utilizada, inspirados por eksperymentos 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 estiveso estivesse abaix sua posição ultrapassasse a mesma. Na przykład:

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. No video, é possível observar o funcionamento oscilante.

O codigo comentado esta disponivel do pobrania.

Krok 4: 2. Kontrola proporcjonalna

No sistema 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 por équale parádo serplicaá silnik potencia fornecida ao. 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.

O codigo esta disponivel do pobrania.

Krok 5: 3. Kontroluj pochodną proporcjonalno-całkową

No sistema PID, a ação de controle leva em mindação 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 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 permanente.

O código está disponível para do pobrania.