Sustav Pêndulo + Hélice: Controle De Posição: 5 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 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 foi feito utilizando controles dos seguintes tipos: liga/desliga, proporcional (kp), e proporcional-integral-derivativo (kp, kd, ki). Konačno, promatrajte utjecaj dos diversosa tipos de controle i e dificuldade na sintonia de controladores.

Korak 1: Seleção De Componentes E Materiais

Para construção do projeto, za korištenje:

Eletrônica

2 potenciometra (1,90 USD)

1 tranzistor Mosfet IRF1404 (8,00 USD)

1 Arduino uno (34,90 USD)

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

Cabos conectores (5,00 USD)

1 otpornik od 100 mili ohma (0, 20 USD)

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

Materijali

Madeira balsa (para žurba)

MDF (para o suporte do pêndulo)

Fita izolante

Cola

Oprema

Serra

Furadeira

Ukupno kupci: 70,00 USD (približno)

Korak 2: Montagem Do Sistema

Montaža sustava je jednostavna i jednostavna, a posebno zahtijeva posebnu potražnju za komponentama osjetljivog osjetnika: o tranzistorskom MOSFET -u. 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:

Baza za eksperimentiranje, izrađena od MDF -a s laserskim laserom, ili gramofonska ploča s laserom.

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 sistemu não liga.

Korak 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 referêvacia e-caso e regava-des desvavansa sua posição ultrapassasse a mesma. Na primjer:

Foi setada uma posição na referência de 45º;

O pêndulo inicialmente se encontrava a 0º;

O sistemu liga o motoru e o braço sobe;

Nova medição da posição do braço indica 50º;

O sistemu desliga o motoru e o braço desce;

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

O sistemu liga o motoru 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.

Korak 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 serál a 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.

Korak 5: 3. Controle Proporcional-Integral Derivativo

Nema PID sustava, a leva em uzima u obzir 3 značajke koje čine pogrešku:

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 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 doprinosić 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 režim permanentnte.

O código está disponível para download.