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Title in Portuguese: Projeto de um controlador RST para o sistema barra e bola
Author: Gonçalves, Igor de Souza
Advisor(s): Nogueira, Fabrício Gonzalez
Co-advisor(s): Paula, Adriano Rodrigues de
Keywords: Controle RST
Sistema barra e bola
Ferramenta didática
Controle digital de posição
Alocação de polos
Issue Date: 2019
Citation: GONÇALVES, Igor de Souza. Projeto de um controlador RST para o sistema barra e bola. 2019. 53 f. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Protótipos didáticos são muito importantes para fixar conhecimentos teóricos vistos na sala de aula. Este trabalho apresenta a montagem, modelagem e controle de posição de um sistema Barra e Bola, que é um sistema instável em malha aberta amplamente utilizado para demonstrar aplicações reais de controle em laboratório. O trabalho descreve as etapas de construção, modelagem da planta, projeto de controle e avaliação do desempenho do sistema em malha fechada. A barra é composta por uma extremidade fixa, onde o sensor laser que capta a posição da bola é acoplado, e uma extremidade móvel, onde o servo motor atua. Um microcontrolador é responsável por fazer a aquisição de dados do sensor e implementar o controle digital de posição, além de enviar os dados de posição e inclinação do motor em tempo real ao computador. A modelagem presente nesse trabalho considera o servo motor como uma planta linear e restringe a faixa de operação da barra para tratar o sistema todo como uma planta linear. Essa consideração permite o projeto de controladores lineares a parâmetros fixos. O controlador RST implementado utiliza a técnica de alocação de polos e tem por finalidade obter uma resposta sem erro de estado estacionário, pequeno sobressinal e rápido tempo de assentamento. Como resultado, conclui-se que o projeto do controlador fixo linear utilizado é suficiente para controlar o sistema instável proposto, o protótipo pode ser usado como ferramenta didática para trabalhos futuros e que haveriam melhoras ao controlar o modelo fora da faixa de linearização por meio do controle adaptativo.
Abstract: Educational equipment are very important to apply theoretical knowledge seen in the classroom. This work presents the assembly, modeling, and position control of a Ball and Beam system, which is an unstable open loop system widely used for demonstrating actual laboratory control applications. The work describes the steps of construction, plant modeling, control design and performance evaluation of the closed-loop system. The bar is composed of a fixed end, where the laser sensor that captures the position of the ball is coupled, and a movable end, where the servo motor operates. A microcontroller is responsible for acquiring sensor data and implementing digital position control, as well as sending real-time motor position and tilt data to the computer. The modeling present in this paper considers the servo motor as a linear plant and restricts the operating range to treat the whole system as a linear plant. This consideration allows the design of linear controllers to fixed parameters. The implemented RST controller uses the pole placement technique and aims to obtain a response without stationary state error, small overshoot and fast settling time. As a result, it is concluded that the design of the linear fixed controller used is sufficient to control the proposed unstable system, the prototype can be used as a didactic tool for future work and that there would be improvements when controlling the model outside the linearization range through the adaptive control.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50423
metadata.dc.type: Tese
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