(CAPA DURA PARTE DA FRENTE): - Maxwell - PUC-Rio
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1. a sa da saber perder e ganhar faz com que saibamos Chegar a tudo o quanto queremos pois apenas n s sabemos O futuro que queremos Renato Alexandre dos Santos Freitas DELL UOMO Jorge A Lima BARBOSA William de Souza Experimentos de Controle de velocidade e posicao utilizando o Kit Datapool de servomecanismos Pontificia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2010 34 f RESUMO Este trabalho tem por objetivo estudar o modo de funcionamento e opera o do Kit de servomecanismo DataPool Modelo 2208 primeira etapa A partir dos conhecimentos em circuitos el tricos e controle de sistemas demos inicio segunda etapa do projeto Elaboramos quatro experimentos did ticos para serem realizados nas aulas pr ticas do laborat rio da disciplina de Controle e Servomecanismos cujos t tulos e justificativas s o experimento 1 Sistema de malha aberta objetivando a familiariza o do aluno com o Kit Datapool e observar como um sistema reage ao dist rbio sem nenhum tipo de controle experimento 2 Controle de velocidade angular utiliza o de um controlador PID f sico e observar como o sistema reage a este controlador experimento 3 Controle de posi o angular utiliza o de outro controlador PID f sico e observar como o sistema reage a este controlador e finalmente o experimento 4 Controle de velocidade e posi o com aquisi o de dados pela interface de um sistema de aquisi o de dados2. o de posi o angular ou para o sinal de rota o nas experi ncias de controle de posi o ou velocidade Para malhas de controle de posi o com realimenta o adicional de rota o s o necess rias duas entradas anal gicas recomendado pelo fabricante que essas entradas e sa das anal gicas tenham resolu o minima de 8 bits para n o comprometimento da precis o Tamb m recomendado que o tempo de varredura seja igual ou menor que 10 ms para atender da melhor forma poss vel os requisitos de resposta din mica do sistema O transdutor em um processo de instrumenta o tem como objetivo transformar sinais f sicos em el tricos Entretanto ao transformar essas grandezas necess ria uma etapa que compreende a amplifica o a filtragem e transmiss o dos sinais colhidos Essa etapa denominada de condicionamento de sinais sendo necess ria para atender os requisitos dos equipamentos que receber o estes sinais usado um servo potenci metro como transdutor de deslocamento angular onde o mesmo alimentado com uma fonte de tens o fixa Quando s o provocados deslocamentos angulares no seu eixo estes produzem uma tens o proporcional V do seu cursor Logo ap s h um processo de filtragem cujo objetivo minimizar eventuais ru dos que possam ser induzidos devido comuta o dos coletores do motor de acionamento da parte mec nica do acionamento Ent o o sinal desprovido de parte do ru do amplificado a
3. Control of angular position use of other physical PID controller and observation of how the system reacts to it and finally Experiment 4 Control of speed and position with data acquisition using a data acquisition system DAS observation and comparison with the previous controls experiments 2 and 3 by using a digital PID controller which allows the easy manipulation of the controller parameters as for example the gains The experiments were implemented and tested with the students in the discipline Their feedback on the experiments were considered for enhancement Observation of how students related theoretical knowledge and experiments was targeted too Keywords Process control Servomechanisms PID Controller Datapool SUM RIO 1 INTRODUCAO 01 2 CONSIDERACOES TECNICAS A RESPEITO DO KIT 02 3 FORMULACOES MATEMATICAS PARA O SISTEMA 05 4 OBSERVACOES REFERENTES AS PRATICAS COM O KIT 06 4 1 PROBLEMAS ENCONTRADOS NO KIT 06 4 2 PROBLEMAS RELACIONADOS A INFRA ESTRUTURA DO LABORATORIO 07 4 3 DESCRICAO DAS OCORRENCIAS 07 5 ORIENTACOES PARA O MONITOR RESPONSAVEL 09 5 1 OBSERVACOES PARA O EXPERIMENTO 2 09 5 2 OBSERVACOES PARA O EXPERIMENTO 3 09 5 3 OBSERVACOES PARA O EXPERIMENTO 4 10 6 CONSIDERACOES FINAIS 12 REFERENCIAS 13 ANEXOS 14 ANEXO I EXPERIMENTO 1 Sistema de Malha Aberta ANEXO II EXPERIMENTO 2 Controle de Velocidade Angular ANEXO HI EXPERIMENTO 3 Controle de Posi o Angular ANEXO IV EXPERIMEN
4. apresenta uma zona morta para sinais de comando Vu de aproximadamente 0 5 V mais uma satura o de tens o de acionamento do motor VM em torno de 9 V 4 OBSERVACOES REFERENTES AS PR TICAS COM O KIT O uso do kit permitiu identificar alguns problemas de origens diferentes A seguir eles sao apresentados 4 1 PROBLEMAS ENCONTRADOS NO KIT Iniciamos as praticas de reconhecimento do kit no primeiro semestre de 2010 onde nos deparamos com alguns entraves tais como Observamos que o funcionamento do jumper J1 J2 do m dulo que tem por objetivo desligar ligar respectivamente o simulador de disturbio nao estava funcionando adequadamente Nos experimentos com controle proporcional integral e no proporcional derivativo houveram problemas similares toda vez que os conectores K1 e K2 sao ligados em curto circuito conforme orienta o manual de instru es do m dulo o sistema n o responde como deveria girando o servo motor sem nenhum controle aparente Cabe salientar que o problema ao que parece se deve ao sistema estar com uma sensibilidade extrema apesar de ja ter sido calibrado pois observamos que ao encostarmos a m o no fio K1 k2 o sistema oscila abruptamente como resultado de algum mau contato Observou se tamb m que o potenci metro do m dulo intitulado dist rbio n o funciona conforme o descrito fazendo aumentar o torque O que ocorre que o dist rbio faz oscilar a velocidade do servo a
5. Agradecemos as nossas esposas Nitya Dell Uomo e Elis ngela Barbosa sempre presentes e atenciosas nos apoiando em todos os momentos nos oferecendo o suporte necess rio para alcan armos nossos objetivos Agradecemos aos nossos familiares e amigos que nos compreenderam por n o podermos compartilhar os finais de semana com eles por estar estudando para as provas trabalhos e principalmente este trabalho de conclus o de curso A nossa orientadora Ana Maria Beltran Pavani que nos apresentou a oportunidade de participarmos deste projeto e esteve sempre presente e atenciosa em todos os momentos que precisamos A toda a equipe do Laborat rio de Controle e Automa o LCA que nos auxiliaram ao longo do desenvolvimento do projeto nos providenciando toda a Infra estrutura necess ria para podermos conclu lo A toda a equipe da empresa Sanetech Controle e Automa o que nos proporciona a oportunidade de vivenciar e atuar diretamente no mercado atual no setor de automa o industrial do Rio de Janeiro agregando de forma imensur vel os nossos conhecimentos t cnicos Enfim a todos que uma forma ou de outra contribu ram para a nossa forma o ENGENHARIA Um bem Importante para o pats Tanto engenho tanta tecnologia E tanta sabedoria Ha de haver uma saida que nos revele O nosso futuro cada vez mais tecnol gico necess rio estudar e aprimorar toda a nossa Vida para que esta pare a constru da e n o destru da Esta
6. SAD observar os controles anteriores experimento 2 e 3 por um controlador PID digital o que possibilita a manipula o e altera o dos dados do controlador como os seus ganhos Conseguimos p r em pr tica os experimentos elaborados observando o quanto este projeto agregou em conhecimento aos alunos que puderam ter a oportunidade de relacionar com facilidade os aprendizados te ricos com as observa es pr ticas de sistemas f sicos Palavras chave Controle de processos Servomecanismos Controlador PID DataPool DELL UOMO Jorge A Lima BARBOSA William de Souza Experimentos de Controle de velocidade e posicao utilizando o Kit Datapool de servomecanismos Pontificia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2010 34 f ABSTRACT This work had as its first objective the analysis the Servo Mecanismo Kit manufactured by Datapool Model 2208 first phase Based on the knowledge of electrical circuits and control systems we began the second phase of the project using the kit for the laboratory classes of ENG 1418 Laboratorio de Controle e Servomecanismos We prepared four teaching experiments whose titles and objectives are Experiment 1 open loop system aiming to familiarize the student with Datapool Kit and see how a system responds to a disturbance without any control Experiment 2 Control of angular speed use of a physical PID controller and observation of how the system reacts to it Experiment 3
7. como 1a 5V 0 a 10V 5 a 5V ou 10 a 10V entre outros A Figura 1 mostra um exemplo de um processo t pico de servo mecanismo Pode se observar que dispositivos como motores M acionam transmiss es mec nicas engrenagens polias etc produzindo assim movimentos angulares Figura 1 Sistema t pico de servo mecanismo 2 CONSIDERACOES T CNICAS A RESPEITO DO KIT O servo mecanismo constitu do por dois transdutores servo motor driver de acionamento conector de acesso protoboard e fontes de alimenta o A Figura 2 ilustra o m dulo modelo 2208 Servomecanismo da Datapool o ETR AL DATAPOOC ELETR NICA LIDA q iy gt scr ea Figura 2 kit de servo mecanismo Neste kit podem se destacar alguns dos sensores transdutores e itens mencionados e O tac metro e O servo potenci metro e O protoboard para experi ncias adicionais e Os circuitos condicionadores de sinais el tricos que convertem os sinais oriundos dos transdutores e O conector para conex o na porta de uma placa A D e O servo motor propriamente dito Este m dulo pode ser ligado a qualquer equipamento de controle controladores de malhas anal gicas controladores digitais CLP Controladores L gicos Program veis placas de aquisi o de dados etc que tenham entradas e sa das anal gicas de O a 5 V ou de O a 20 mA necess ria uma sa da anal gica para o sinal de comando uma entrada anal gica para a informa
8. P NTIFICIA Us VERSIDADE Ca T LICA DO RIO DE JANEIRO PROJETO DE GRADUA O EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMA O ELE1009 EXPERIMENTOS DE CONTROLE DE VELOCIDADE E POSICAO UTILIZANDO O KIT DATAPOOL DE SERVOMECANISMOS JORGE ALBUQUERQUE LIMA DELL UOMO WILLIAM DE SOUZA BARBOSA RIO DE JANEIRO RJ 2010 EXPERIMENTOS DE CONTROLE DE VELOCIDADE E POSICAO UTILIZANDO O KIT DATAPOOL DE SERVOMECANISMOS JORGE ALBUQUERQUE LIMA DELL UOMO WILLIAM DE SOUZA BARBOSA Relat rio do Projeto de Gradua o em Engenharia de Controle e Automa o apresentado a professora orientadora Ana Pavani como requisito parcial para obten o de grau ORIENTADORA ANA MARIA BELTRAN PAVANI RIO DE JANEIRO RJ 2010 Dell Uomo Jorge Albuquerque Lima 1986 Experimentos de Controle de Velocidade e Posi o Utilizando o Kit Datapool de Servomecanismos Jorge Albuquerque Lima Dell Uomo William de Souza Barbosa Rio de Janeiro CCPE PUC Rio 2010 34 f Orientadora Ana Maria Beltran Pavani Projeto de Gradua o em Engenharia de Controle e Automa o 1 Controle de processos 2 Servomecanismos 3 Controlador PID Barbosa William de Souza Il Pavani Ana Maria Beltran Ill Pontificia Universidade Cat lica do Rio de Janeiro IV Titulo AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente a Deus pelas oportunidades e pelo discernimento para sabermos como aproveit las e assim crescermos tanto como profissionais como seres humanos
9. R gt DRIVER Utilizando o Matlab 1 Calcule os p los e zeros para a fun o de transfer ncia de malha aberta dada Comente se o sistema bibo est vel 2 Simule os sinais de entrada em MA como um degrau e uma rampa comente os resultados 2 1 Acrescentar um ru do aleat rio na saida da planta simular degrau e rampa e comentar os resultados obtidos Dado o sistema de malha com realimenta o unit ria abaixo Vr Ve Vu gt gt CONTROLADOR A DRIVER VN ji 3 Simule os sinais de entrada como um degrau e uma rampa comente os resultados 3 1 Acrescentar um ru do aleat rio na sa da da planta simular degrau e rampa e comentar os resultados obtidos 4 Conclus es F U C PR TICA SISTEMA DE MALHA ABERTA 5 Ligar o M dulo 2208 Servo Mecanismo e medir Vy 6 Montar o circuito com dist rbio e variar o potenci metro e explicar o que acontece no sistema 12V 12V R2 10k Pot 15k 40 K1 7 Medir dez valores de V e plotar os dados em um grafico Compare com os resultados obtidos no item 2 1 8 Montar o circuito com realimenta o unit ria interligando os bornes Vy e V do M dulo e medir Vy 9 Re montar o circuito do item 6 e medir dez valores de Vy e plotar os dados em um gr fico Compare com os resultados obtidos no item 3 1 10 Conclusao Teoria X Pratica LABORAT RIO DE CONTROLE E SERVOMECANISMOS EXPERIMENTO N 2 PREPARAT RIO CONTROLE DE
10. TO 4 Controle de Velocidade e Posi o com Aquisi o de Dados 1 INTRODUCAO Equipamentos industriais de controle de posi o e ou velocidade angular s o frequentes em alguns processos e equipamentos encontrados na ind stria como exemplo pode se citar bra os de rob s m quinas ferramentas antenas de radar correias transportadoras misturadores laminadores e outros Nestes processos entre outros em que se encontram presentes dispositivos de servos mecanismos determinadas grandezas f sicas necessitam ser controladas objetivando assim obter caracter sticas operativas espec ficas Datapool 2006 Essas grandezas t picas encontradas em sistemas de controle para servo mecanismos geralmente s o o deslocamento angular e ou a velocidade angular rota o o Torna se necess ria ent o a leitura de par metros como ngulos que s o obtidos a partir de informa es fornecidas por determinados sensores Exemplos de sensores para deslocamento angular denotado por Ta s o servo potenci metros transformadores rotativos sincros resolvers encoders etc exemplos para transdutores de rota o Tr s o tac metros encoders etc Normalmente os transdutores est o associados com sinais el tricos tens o ou corrente pois possuem fun o de converter determinada grandeza f sica nestes sinais Padr es industriais para estes sinais el tricos t m sido apresentados como correntes de O a 20mA 4 a 20mA ou sinais de tens o
11. VELOCIDADE ANGULAR Dada a fun o de transfer ncia H s de malha aberta e o sistema de controle PID abaixo zm a b gt gt e a a i a Utilizando o Matlab 1 Calcule os p los e zeros da fun o de transfer ncia de malha de controle dada com Kp igual a 0 89 Ki 1 19 e Kd 0 Comente se o sistema bibo est vel 2 Simule os sinais de entrada como um degrau e uma rampa comente os resultados 2 1 Acrescentar um ru do aleat rio na saida da planta simular degrau e rampa e comentar os resultados obtidos 3 Conclus es comparar com malha aberta do experimento 1 fisicamente como que isso se comportaria etc F U o 4 Ligar o M dulo 2208 Servo Mecanismo e medir Vj PR TICA CONTROLE DE VELOCIDADE ANGULAR 5 Montar o circuito utilizando a placa de controlador PI fornecida e o dist rbio conforme realizado no experimento 1 120 12V 10k Circuito do controlador fornecido circuito dist rbio Instru es pertinentes rota o no sistema agora ser definida pelo Vre da placa potenci metro Para medir a tens o Vr valor de refer ncia da velocidade desejada utilizamos o voltimetro com uma ponta no pino 3 do CI da placa de controle fornecida e a outra ponta no ground Como no experimento 1 medimos a informa o da rota o do sistema no Born Vn do m dulo O controlador PI implementado pelo segundo amplificador operacional do circuito integrad
12. atlab realizada a partir de um modelamento do sistema real ou seja linear Pr tica 4 2 7 Efetuar as seguintes liga es com o m dulo desligado entre a placa de aquisi o de dados e o m dulo 2208 CONECTOR DE ACESSO SISTEMA pr AlO Ed 2 OBS Curto cicuitar os pontos VDu e Vu Poanirters Ea O E eee DO RIO DE JANEIRO Q 8 Executar o aplicativo PID Posi o exe Dever aparecer uma tela semelhante a da figura a seguir Exemplo de tela de configura o e supervis o de controle de posi o 9 Entrar inicialmente com os ganhos Kp 0 5 K 3 e Kd 0 1 Como no experimento 3 variar o valor de refer ncia anteriormente o potenci meiro REF digitando ou simplesmente deslocando a barra do campo set point Verificar se o controlador responde ao esperado 10 Na janela GR FICO pode se observar a entrada e a sa da do sistema Digitar valores de refer ncia distantes e observar no gr fico o que ocorre como overshoot e o tempo de resposta Discorrer a respeito do observado 11 Variar os par metros de ganho conforme realizado no preparat rio e tra ar um paralelo com a simula o realizada no matlab e o observado na pr tica lembrar que a simula o do matlab realizada a partir de um modelamento do sistema real ou seja linear
13. dequando assim n veis de tens o proporcionando uma tens o VA na faixa de O a 5 volts ou uma corrente de O a 20 mA proporcionada por um conversor V I Para o transdutor de rota o utiliza se um tac metro que fornece um sinal de tens o VW sendo este sinal proporcional rota o Como todo o processo de transdu o e condicionamento este sinal passa por um processo de filtragem para minimizar ru dos el tricos j que o tac metro nada mais que uma pequena m quina el trica com coletores Ent o o sinal filtrado amplificado apresentando uma tens o Vn dispon vel na faixa de O a 5 volts ou uma corrente de 0 a 20mA por um bloco V I Os drives s o amplificadores de pot ncia com finalidade de alterar tens es de comando para acionamento de dispositivos como motores de corrente cont nua Sabe se que os mesmos s o implementados por chaves eletr nicas de pot ncia com transistores IGBTs SCRs entre outras Neste equipamento empregado um servo motor de corrente cont nua de m permanente acoplado com um conjunto de engrenagem que aciona um conjunto mec nico bra o ponteiro do sistema posicionador e ou de rota o angular A tens o de armadura do motor modificada por um driver linear a transistores a partir de sinais de comando Vu VD ou lu de baixa pot ncia Os sinais de comando podem estar na faixa de 5 a 5 V ou de 4 a 20 mA onde a sele o destes sinais feita por conectores de acesso dos sinais O driv
14. e de velocidade e outras tr s varia es para o controle de posi o Observar o que ocorre nos dois sistemas para cada varia o Pontirfcia Universipave DENT iy DO RIO DE JANEIRO ul tan Pratica 4 1 1 Conectar o sistema de aquisi o SAD entre o PC e o M dulo 2208 Servo Mecanismo 2 Efetuar as seguintes liga es com o m dulo desligado CONECTOR DE ACESSO SISTEMA DE AQUISI O SAD VN Al1 pino 5 AOO pino 14 GND pino 1 3 Executar o aplicativo PID Velocidade exe Dever aparecer uma tela semelhante a da figura a seguir Exemplo de tela de configura o e supervis o de controle de velocidade 4 Entrar inicialmente com os ganhos Kp 1 e Ki 1 Como no experimento 2 variar o valor de refer ncia anteriormente Vref no potenci metro digitando ou simplesmente deslocando a barra do campo set point Verificar se o controlador responde ao esperado 5 Na janela GR FICO pode se observar a entrada e a sa da do sistema Com uma caneta ou um objeto que sirva como obst culo posicionar o objeto levemente no caminho da haste do motor provocando um dist rbio mec nico no sistema Observar no gr fico o que ocorre como overshoot e o tempo de resposta escolhido Discorrer a respeito do observado 6 Variar os parametros de ganho conforme realizado no preparat rio e tra ar um paralelo com a simula o realizada no matlab e o observado na pr tica lembrar que a simula o do m
15. ema 2 Utilizando kp 3 4 Ki 0 e Kd 0 3 simule a resposta temporal do sistema em malha fechada para os sinais de entrada como degrau rampa e sinusoidal Comente os resultados 2 1 Acrescentar um ru do aleat rio um ru do em rampa em degrau e sinusoidal na saida da planta conforme diagrama de blocos acima simular degrau e comentar os resultados obtidos 3 Conclus es Pouritcra oaa Sus eae Na DO RIO DE JANEIRO PR TICA CONTROLE DE POSI O ANGULAR 4 Montar o circuito utilizando a placa de controlador PID fornecida e o dist rbio Circuito do controlador PD PID fornecido Instru es pertinentes posi o angular do bra o ponteiro do servo mecanismo pode ser selecionada variando o potencidmetro REF da placa fornecida Para monitorar a tens o relacionada com os valores angulares provocados no sistema com o volt metro medimos a tens o nos terminais de Va no conector de acesso de sinais do m dulo rela o entre a tens o VA e o ngulo de posi o do bra o ponteiro de aproximadamente 1 V para cada 90 5 Ligar o M dulo 2208 Servo Mecanismo e variar o cursor do potenci meiro REF da placa Verificar visualmente que o ngulo do bra o ponteiro do servo mecanismo altera se de forma proporcional na faixa de aproximadamente 35 at 320 6 Repetir o item 5 monitorando a varia o da tens o Va relacionando 3 valores de tens o com as respectivas posi es ang
16. enta o dos experimentos elaborados pudemos observar e comprovar por relatos dos alunos o quanto os experimentos pr ticos agregaram no entendimento da mat ria te rica pois segundo os alunos toda a matem tica estudada passou a ter um sentido mais palp vel O kit de controle de Servomecanismo Datapool modelo 2208 apesar de suas limita es j descritas se mostrou til ao prop sito bastando a verifica o de viabilidade financeira custo benef cio para concluir se o que se pode fazer apenas com o kit vale o Investimento 12 REFERENCIAS Datapool 2006 Servo mecanismo 2208 Datapool manual de experi ncias calibra o e manuten o Datapool Itajub Pavani Ana Notas de aula de Controles e Servomecanismos 2010 sistema Maxwell HTTP www maxwell Jambda ele puc rio br Engenharia de Controle Moderno 3a edn Livros T cnicos e Cient ficos S A Ogata K 2003 13 ANEXOS ANEXO I EXPERIMENTO 1 Sistema de Malha Aberta ANEXO II EXPERIMENTO 2 Controle de Velocidade Angular ANEXO HI EXPERIMENTO 3 Controle de Posi o Angular ANEXO IV EXPERIMENTO 4 Controle de Velocidade e Posi o com Aquisi o de Dados 14 LABORAT RIO DE CONTROLE E SERVOMECANISMOS EXPERIMENTO N 1 PREPARAT RIO SISTEMA DE MALHA ABERTA Dada a fun o de transfer ncia H s e o sistema de malha aberta abaixo Vn s _ 15 8 Vis 0 058 5 5 515 7 97 Vr Ve Vu p T gt CONTROLADO
17. er amplifica estes sinais em um sinal VM com capacidade de at 12 V e 1 5 A para acionamento do motor Um sinal adicional KI e K2 provoca varia es no torque do motor simulando assim dist rbios no sistema 3 FORMULACOES MATEMATICAS PARA O SISTEMA Foram realizados testes aplicando um degrau na entrada de comando Vu do driver do motor e medindo se o sinal resultante Vn para a entrada como um degrau A partir de um modelo matem tico do Matlab obteve se os coeficientes da equa o de diferen as da modelagem Portanto a fun o de transfer ncia equivalente expressa por eq 1 que o modelo aproximado para a ponteira haste em forma de bra o G s Vals _ 15 8 7 0 058s245 515 7 97 eq 1 V s 0 05852 5 515 7 97 eq 1 No caso do sistema de posi o tem se a fun o de transfer ncia 0 s VM s que a fun o w s VM s adicionada de um p lo na origem com um novo ganho expressa pela eq 2 eq 2 G s Vals _ 13 77 VG s 0 058s 5 51s 7 97 O tac metro opera de maneira linear na faixa de rota o operacional do conjunto servo motor el trico e conjunto de engrenagens que movimenta o bra o ponteira do sistema O servo potenci metro gira continuamente operando de forma tamb m linear de 0 at aproximadamente 345 da at 360 existe uma zona morta na qual o mesmo n o responde A parte el trica eletr nica e mec nica de acionamento do conjunto servo motor e engrenagem
18. o LM358 pelos resistores R gt Rs R e o capacitor C4 O ganho proporcional Kp dado pela rela o R4 R R4 R3 O ganho integral Ki expresso pelo inverso de R5C R3C4 Como para o controle de velocidade angular foi projetado um controlador PI o ganho derivativo Kd foi assumido nulo 6 Definir sem utilizar o dist rbio uma rota o inicial baixa para o sistema Posteriormente inserir um dist rbio aleatorio e verificar o que acontece no valor de refer ncia medido no sistema anotando se poss vel o tempo de resposta do sistema Discorrer a respeito do observado 7 Repetir o item 6 para mais duas velocidades de refer ncia para a rota o do sistema e verificar se o controlador responde ao esperado e se houve alguma altera o no tempo de resposta desempenho do sistema 8 Conclus o Teoria X Pr tica tra ar um paralelo com o que foi calculado no relat rio te rico p los tempo de resposta etc com as conclus es do experimento pr tico LABORAT RIO DE CONTROLE E SERVOMECANISMOS EXPERIMENTO N 3 PREPARAT RIO CONTROLE DE POSI O ANGULAR Dada a fun o de transfer ncia H s de malha aberta e o sistema de controle PID abaixo Vacs 13 77 Vra 0 058 s 5 51 s 7 97 PID s PID Controller Transfer Fcn Utilizando o Matlab 1 Calcule os p los e zeros da fun o de transfer ncia de malha de controle dada Comente a influencia que o p lo na origem agrega ao sist
19. ovos testes Conforme o esperado desta vez o Kit respondeu satisfatoriamente a todos os testes realizados Ent o iniciamos o processo de testes e estudo da opera o do equipamento com o objetivo de verificar o que poder amos formular a partir dele Este estudo resultou no desenvolvimento de quatro experimentos pr ticos did ticos que pomos em pr tica nas aulas de laborat rio da disciplina de Controle e Servomecanismos deste semestre 5 ORIENTACOES PARA O INSTRUTOR RESPONS VEL Objetivando uma execu o perfeita dos experimentos a seguir descritos se fazem necess rias algumas considera es para o instrutor a respeito do Kit conforme relatado abaixo Recomendamos a leitura dos anexos com os experimentos anteriormente leitura deste cap tulo Para todos os experimentos elaborados o jumper J1 J2 do m dulo que tem por objetivo desligar ligar respectivamente o simulador de dist rbio deve estar na posi o esquerda desligado uma vez que a simula o de dist rbio j existente no m dulo n o atendia ao que esper vamos nos relat rios elaborados nos experimentos em que era necess rio uma simula o de dist rbio realizamos esta por meio de um circuito secund rio montado no pr prio protoboard o esquema se encontra no pr prio experimento Ainda com rela o ao problema de inserir dist rbios no sistema sempre interessante aconselhar a introdu o de um dist rbio mec nico explicaremos como fazer isto a segui
20. penas simulando eletronicamente como o sistema responderia a um dist rbio f sico real O kit n o possui posi o clara para liga o dos sinais de alimenta o para o protoboard 12 V 12 V e 5 V 5 V sendo os mesmos em posi o inversa ao usual Em alguns experimentos a invers o da polaridade de entrada pode ocasionar a queima de amplificadores como o LM358 utilizado na placa de controle PID A placa de controle de posi o fornecida pelo fabricante n o vem demarcado em quais terminais do kit ligar os fios assim como o desenho esquem tico do manual de instru es tamb m apresenta erros com rela o a enumera o dos componentes eletr nicos Ent o realizamos um novo desenho desta vez coerente com as marca es f sicas na placa o desenho encontra se no item 5 2 Observa es para o experimento 3 na p gina 8 e O manual de instru es n o d instru es da rela o pr existente entre a tens o medida nos terminais de Vn a Velocidade angular medida do servo motor Conclu mos que o sistema n o demonstrou robustez necess ria para a realiza o de sucessivos experimentos sendo necess rio o acompanhamento e o cuidado constante por parte do monitor respons vel 4 2 PROBLEMAS RELACIONADOS INFRA ESTRUTURA DO LABORAT RIO O laborat rio de controle e automa o onde se prop s a realiza o dos experimentos se encontra em timas condi es f sicas para o seu fim por m observamos apenas dois
21. problemas simples de serem solucionados O laborat rio n o possui potenci metros com tr s fios soldados aos conectores sendo necess rio o processo de solda de fios nas pernas defeituosas para a execu o dos experimentos O laborat rio tamb m n o possui fios com o comprimento necess rio para realizar alguns experimentos o que acarreta na necessidade de emendas aumentando o grau de Incerteza de algumas medi es por perdas e mau contatos 4 3 DESCRI O DAS OCORR NCIAS Conforme citado anteriormente o projeto com o Kit de servomecanismos modelo 2208 Datapool iniciou se no primeiro semestre de 2010 Por m devido aos problemas encontrados e j relatados n o foi poss vel a conclus o da primeira etapa do projeto neste mesmo per odo que consistia exatamente em estudar o modo de funcionamento e opera o do Kit Ent o no in cio do segundo semestre do mesmo ano ap s v rias tentativas de resolver os problemas encontrados diretamente via contato telef nico com o fabricante do Kit a nossa orientadora Ana Maria Beltran Pavani em conjunto com o Departamento de Engenharia El trica da Universidade respons vel pela aquisi o do equipamento decidiu enviar o Kit de volta ao fabricante para que este solucionasse os problemas encontrados e devolvessem o equipamento em perfeitas condi es para o uso No final do m s de setembro de 2010 o Kit retornou do fabricante ap s os devidos reparos e Iniciamos a execu o dos n
22. r 5 1 OBSERVA ES PARA O EXPERIMENTO 2 No experimento de velocidade angular pode se introduzir este dist rbio mec nico a partir do posicionamento cuidadoso da ponta de uma caneta por exemplo no caminho da haste do motor criando uma resist ncia mec nica no sistema assim poss vel observar o controle do sistema agindo para manter a velocidade pr selecionada importante salientar que no pr prio experimento encontra se um item de informa es pertinentes que deve ser lido com aten o antes da execu o do mesmo 5 2 OBSERVA ES PARA O EXPERIMENTO 3 No caso do experimento de controle de posi o angular pode se introduzir este dist rbio mec nico realizando uma pequena for a na haste do motor tentando retira a haste da posi o pr selecionada Desta forma podemos observar o sistema criando uma resist ncia contr ria a for a introduzida Outra forma de observar um dist rbio mec nico neste sistema conforme descrito no item 7 do pr prio experimento depois de ter uma posi o angular j ajustada desligar o m dulo e deslocar a haste manualmente para uma posi o qualquer e posteriormente ligar o m dulo Observa se o controlador oscilando em volta da posi o pr selecionada at o assentamento importante observar neste experimento que o p lo na origem da fun o deste processo resulta que o erro em regime permanente tenda a zero para entradas do tipo degrau assim n o necess ria a par
23. te integral do controlador que poder ter ent o um ganho nolo K1 0 No manual de instru es do kit h um erro no esquema el trico do controlador PD PID figura 14 do manual Realizamos a corre o que segue Figura 3 Controlador PD PID fornecido pelo fabricante Encontramos ainda mais um erro neste experimento na placa de controle de posi o fornecida n o vem detalhado onde deve ser conectado cada pino Ent o refizemos a l gica do circuito e chegamos a conclus o que contando da esquerda para a direita o primeiro pino da placa deve ser conectado ao borne Vy do m dulo o segundo pino ao borne VA e o terceiro pino ao borne V importante salientar que no pr prio experimento encontra se um item de informa es pertinentes que deve ser lido com aten o antes da execu o do mesmo 5 3 OBSERVA ES PARA O EXPERIMENTO 4 Para a realiza o deste experimento necess rio a instala o do driver do DAQ fornecido pelo fabricante e dos aplicativos PID Velocidade exe e PID Posi o exe 10 Todas as informa es necess rias para a realiza o do experimento de controle de velocidade e posi o com o sistema de aquisi o de dados est o explicadas no pr prio experimento cabendo ressaltar a necessidade de somente na pr tica 4 2 ligar em curto circuito os pontos VDu e Vu 11 6 CONSIDERACOES FINAIS Conclu mos que alcan amos nosso objetivo uma vez que a partir da implem
24. ulares Discorrer a respeito do desempenho do controle 7 Desligar o m dulo e deslocar a haste de posi o manualmente Verificar o que ocorre ao ligar a chave de alimenta o do m dulo novamente 8 Conectar a ponteira do oscilosc pio nos terminais de Va e observar na resolu o de 1V Div o comportamento do sistema ao agir conforme anteriormente 9 Alterar a resolu o do oscilosc pio para 100mV Div e rotacionar o potenci meiro DISTURBIO da placa observar no oscilosc pio a transi o de um sinal est vel para a instabilidade que o dist rbio causa no sistema 10 Conclus o Teoria X Pr tica tra ar um paralelo com o que foi calculado no relat rio te rico p los tempo de resposta etc com as conclus es do experimento pr tico LABORAT RIO DE CONTROLE E SERVOMECANISMOS EXPERIMENTO N 4 CONTROLE DE VELOCIDADE E POSI O COM AQUISI O DE DADOS Objetivo Realizar os mesmos passos dos experimentos 2 e 3 controle de velocidade e posi o angular respectivamente por m com o auxilio de um sistema de aquisi o de dados SAD O controle ser implementado digitalmente pelos softwares PID Veloc e PID Pos de desenvolvimento Datapool Preparat rio Utilizando as mesmas malhas de controle dos experimentos 2 e 3 simular no Matlab pelo menos tr s varia es para os ganhos envolvidos nos sistemas Como resultado teremos uma tabela com cerca de tr s varia es de ganhos utilizados no control
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