Sistema Pêndulo + Hélice : Controle De Posição : 5 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57

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 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 fo 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.

Étape 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, foram utilizados:

Électronique

2 Potenciômetros (1 90 R$)

1 transistor Mosfet IRF1404 (8,00 R$)

1 Arduino uno (R$34, 90)

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

Cabos connectés (5,00 R$)

1 Résistance de 100 mili ohms (R$0, 20)

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

Matériel

Balsa de Madère (par une hâte)

MDF (para o suporte do pendulo)

Fita isolante

Cola

Équipements

Serra

Furadeira

Total client: R$ 70, 00 (aproximado)

Étape 2: Montagem Do Sistema

Un montage du système et de la simplicité, mas uma atenção especial foi demandada para um 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:

Une base d'expérimentation, fabriquée en MDF avec un laser, e une escalade 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 hâte deve ser longa o suficiente para que o empuxo do motor seja o suficiente para elevá-la. (braço de alavanca).

É plus important que la terre de la batterie seja ou mesmo terra do Arduino. Sem isso o sistema não liga.

Étape 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 pendulo, ligava o motor caso ele estivesse abaixo da cas des referência sua posição ultrapassasse un mesma. Par 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;

Une 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. Pas de vidéo, é possível observar o funcionamento oscilante.

O codigo comentado esta disponivel para download.

Étape 4: 2. Contrôle proportionnel

No sistema de controle proporcional, 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 anguulo desejado e este erro uma é multiplicado por com un moteur 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 para download.

Étape 5: 3. Contrôle Proportionnel-Intégral Derivativo

No sistema PID, ação de controle leva em consideração 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 permanent.

O código está disponível para download.