Система Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

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 на 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). Накрая, за да се наблюдава влиянието на различните типове на контрола, и дификулдацията на синтонията на контрола.

Стъпка 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, използване на приложения:

Елетроника

2 Potenciômetros (R $ 1, 90)

1 транзистор 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 резистор от 100 милиома (R $ 0, 20)

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

Материали

Мадейра балса (пара за бързане)

MDF (para o suporte do pêndulo)

Фита изолант

Кола

Оборудване

Сера

Фурадейра

Общо за клиенти: R $ 70, 00 (приблизително)

Стъпка 2: Montagem Do Sistema

Монтажът на системата и неговите мултимедийни функции са особено подходящи за търсене на компоненти за сензори за транзистор: транзисторен 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:

Една база за експериментиране, изработена от MDF, комбинирана с лазер, и ескала де граус тамбем за графика на ком лазер.

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 astete 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 или mesmo terra do Arduino. Sem isso o system não liga.

Стъпка 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 referência) e da medição da posição do pêndulo, ligava o motor caso ele estivesse abaixo da refegava o-des desvavacia sua posição ultrapassasse a mesma. Например:

Foi setada uma posição na referência de 45º;

O pêndulo inicialmente se encontrava a 0º;

O система liga o motor e o braço sobe;

A nova medição da posição do braço indica 50º;

O система desliga o motor e o braço desce;

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

O система liga o motor e o braço sobe.

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

O codigo comentado esta disponivel за изтегляне.

Стъпка 4: 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 seral a potencia fornecida ao 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 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 за изтегляне.

Стъпка 5: 3. Controle Proporcional-Integral Derivativo

Няма система PID, a ação de controle leva em consuração 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 doprinosição 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 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 permanentte.

O código está disponível para download.