Sistema Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 steg

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-13 06:58

Este experimento foi desenvolvido como trabalho prático da disciplina "Eletrônica Industrial" no primeiro semestre of 2018, pelos alunos Eduardo Coelho e Rodrigo Sousa, do curso de engenharia Aeroespacial na Universidade Federal de Minas Gerais.

O "Sistema pêndulo + hélice: control de posição" buscou uma abordagem prática de técnicas de control para posicionar um pêndulo a partir de uma posição de referência setada. Esse control 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 control, e a dificuldade na sintonia de controladores.

Steg 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, foram utilizados:

Eletrônica

2 Potenciômetros (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 motstånd på 100 mili ohm (R $ 0, 20)

1 motor DC 3,7V 48000RPM (4 $, 00)

Materiais

Madeira balsa (para a hast)

MDF (para o suporte do pêndulo)

Fita isolante

Cola

Equipamentos

Serra

Furadeira

Totalt belopp: R $ 70, 00 (cirka)

Steg 2: Montagem Do Sistema

Ett montagem do sistema é muito simples, mas uma atenção especial foi demandada para om 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, no desenho, na verdade se encontra na haste do pêndulo, e varia com a descida e subida do mesmo.

** Dificuldades construtivas/Dicas:

En bas för experiment, foi fabricado em MDF com corte a laser, e a 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).

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

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

Na primeira estratégia de control utilizada, inspirados por experimentos semelhantes, foi implementado um control 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 deslig sua posição ultrapassasse a mesma. Exempel:

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 vídeo, é possível observar o funcionamento oscilante.

O codigo comentado esta disponivel för nedladdning.

Steg 4: 2. Kontrollera Proporcional

No system of control proporcional, a ação de control (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 en 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 regime permanentente (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 control 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 för nedladdning.

Steg 5: 3. Styr Proporcional-Integral Derivativo

Inget system -PID, a ação de control leva em consideração 3 características do erro:

1- (Parcela Proporcional) O valor do erro assim como no control proporcional.

2- (Parcela Integral) En 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 control.

3- (Parcela Derivativa) En variação instantânea do erro. Quanto mais o erro varia no tempo, maior é a contribuição dessa parcela.

Com as constantes certas, o control PID proporciona uma subida suave até o ângulo desejado e, devido a parcela integral, corrige qualquer erro em regime permanentente.

O código está disponível para download.