projeto e implementação de um sistema de controle de plataforma da furg

5/9/2018 Projeto e Implementação de um Sistema de controle de plataforma da FURG - slidepdf.com

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F u n d a ç ã o U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d o R i o G r a n d e

E n g e n h a r i a d e C o m p u t a ç ã o

P r o j e t o e I m p l e m e n t a ç ã o d e u m

S i s t e m a d e C o n t r o l e p a r a a P l a t a f o r m a

d e R e b o q u e d a F U R G

C l á u d i o M a c h a d o D i n i z

R i o G r a n d e , 5 d e J a n e i r o d e 2 0 0 7




E n g e n h a r i a d e C o m p u t a ç ã o

P r o j e t o e I m p l e m e n t a ç ã o d e u m

S i s t e m a d e C o n t r o l e p a r a a P l a t a f o r m a

d e R e b o q u e d a F U R G

C l á u d i o M a c h a d o D i n i z

T r a b a l h o d e C o n c l u s ã o d o C u r s o d e G r a -

d u a ç ã o e m E n g e n h a r i a d e C o m p u t a ç ã o s u b -

m e t i d o à a v a l i a ç ã o , c o m o r e q u i s i t o p a r c i a l à

o b t e n ç ã o d o t í t u l o d e E n g e n h e i r o d e C o m -

p u t a ç ã o .

O r i e n t a d o r : P r o f . D r . S e b a s t i ã o C í c e r o P i n h e i r o G o m e s

C o - o r i e n t a d o r : P r o f . M s c . V a g n e r S a n t o s d a R o s a

R i o G r a n d e , 5 d e J a n e i r o d e 2 0 0 7



E s t e t r a b a l h o f o i a n a l i s a d o e j u l g a d o a d e q u a d o p a r a a o b t e n ç ã o d o t í t u l o d e E n g e n h e i r o

d e C o m p u t a ç ã o e a p r o v a d o e m s u a f o r m a n a l p e l o o r i e n t a d o r .

P r o f . D r . S e b a s t i ã o C í c e r o P i n h e i r o G o m e s

B a n c a E x a m i n a d o r a :

P r o f . D r . S e b a s t i ã o C í c e r o P i n h e i r o G o m e s

D M A T F U R G ( O r i e n t a d o r )

P r o f . M s c . V a g n e r S a n t o s d a R o s a

D M A T F U R G

P r o f . M s c . V i t o r I r i g o n G e r v i n i

D F I S F U R G



" P u b l i c a m o s p a r a n o p a s a r n o s l a v i d a c o r r i g i e n d o l o s

b o r r a d o r e s . "

( A l f o n s o R e y e s )



A g r a d e c i m e n t o s

À m i n h a m ã e , E l i a n e , p e l o c a r i n h o , a p o i o , a m i z a d e e p o r n u n c a t e r d e i x a d o

e u d e s i s t i r n o s m o m e n t o s m a i s d i f í c e i s ;

À m i n h a n a m o r a d a , C i l e n e , p e l o a m o r , c a r i n h o , c o m p r e e n s ã o e a j u d a e m

d i v e r s o s m o m e n t o s ;

A o m e u i r m ã o , F e r n a n d o , p e l a a m i z a d e ;

A o m e u o r i e n t a d o r , P r o f . S e b a s t i ã o , p e l a o r i e n t a ç ã o , i n c e n t i v o , c o n a n ç a e

e n s i n a m e n t o s a o l o n g o d e s s e s c i n c o a n o s ;

A o m e u c o - o r i e n t a d o r , P r o f . V a g n e r , p e l a o r i e n t a ç ã o , i n c e n t i v o , a j u d a n o s

e x p e r i m e n t o s e n o d e s e n v o l v i m e n t o d o s c i r c u i t o s e l e t r ô n i c o s e d o s i s t e m a e m -

b a r c a d o ;

A o P r o f . V i t o r , p e l a a j u d a n o s e x p e r i m e n t o s e n a p a r t e d a t e o r i a d e c o n t r o l e ;

A t o d o s c o l e g a s d o N ú c l e o d e M a t e m á t i c a A p l i c a d a e C o n t r o l e , p e l a a m i z a d e

e c o m p a n h e r i s m o , e m e s p e c i a l a o D a n i e l , T o m á s e I s m a e l p e l a a j u d a n o s e x -

p e r i m e n t o s ;

A C a r m e n e C i l o n , p e l a a m i z a d e ;

A o m e u t i o , C l á u d i o , p o r t e r m e i n c e n t i v a d o a t r a b a l h a r n o N ú c l e o d e

M a t e m á t i c a A p l i c a d a e C o n t r o l e d e s d e o p r i m e i r o a n o d o c u r s o .



C o n t e ú d o

L i s t a d e F i g u r a s i v

L i s t a d e T a b e l a s v i

L i s t a d e A b r e v i a t u r a s v i i

R e s u m o v i i i

A b s t r a c t i x

1 I n t r o d u ç ã o 1

1 . 1 M o t i v a ç ã o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 . 2 O b j e t i v o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1 . 3 E s t r u t u r a d a m o n o g r a a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 E s t r u t u r a d o t a n q u e d e p r o v a s e p l a t a f o r m a 4

2 . 1 E s t r u t u r a d o t a n q u e d e p r o v a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 . 2 E s t r u t u r a d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 . 3 A t u a d o r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 . 3 . 1 A t u a d o r d o m o v i m e n t o p r i n c i p a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 . 3 . 2 A t u a d o r d o s m o v i m e n t o s s e c u n d á r i o s . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 . 4 S e n s o r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 . 4 . 1 E n c o d e r d o a t u a d o r p r i n c i p a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

2 . 4 . 2 E n c o d e r s d o s a t u a d o r e s s e c u n d á r i o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

3 P r o j e t o E l e t r o - E l e t r ô n i c o 1 3

i



C O N T E Ú D O i i

3 . 1 A c i o n a m e n t o d o m o t o r t r i f á s i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

3 . 1 . 1 C a r a c t e r í s t i c a s e l é t r i c a s d o i n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a . . . . . . . . . . 1 3

3 . 1 . 2 I n t e r f a c e c o m a s e n t r a d a s d e s i n a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5

3 . 2 A c i o n a m e n t o d o s m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8

3 . 2 . 1 P r o j e t o d a P o n t e - H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8

3 . 2 . 2 R e s u l t a d o e m s i m u l a ç ã o d a P o n t e - H . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

4 P r o j e t o d e C o n t r o l e 2 3

4 . 1 P r o j e t o d e c o n t r o l e d o m o t o r t r i f á s i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3

4 . 2 P r o j e t o d e c o n t r o l e d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a . . . . . . . . . . . . . . 2 5

4 . 2 . 1 M o d e l o d i n â m i c o d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a . . . . . . . . . . . 2 5

4 . 2 . 2 I d e n t i c a ç ã o d e p a r â m e t r o s d o m o d e l o . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

4 . 2 . 3 P r o j e t o d e C o n t r o l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0

4 . 2 . 4 R e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

5 S i s t e m a E m b a r c a d o d e C o n t r o l e 3 7

5 . 1 V i s ã o g e r a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

5 . 2 P l a c a d e d e s e n v o l v i m e n t o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

5 . 3 P r o j e t o d e h a r d w a r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0

5 . 3 . 1 L ó g i c a d e l e i t u r a e d e c o d i c a ç ã o d o s e n c o d e r s . . . . . . . . . . . . 4 0

5 . 3 . 2 L ó g i c a d e g e r a ç ã o d e P W M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2

5 . 3 . 3 D e n i ç ã o d o p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o d o c o n t r o l e . . . . . . . . . . . . 4 2

5 . 3 . 4 R e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3

5 . 4 C o n s t r u ç ã o d a P l a t a f o r m a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3

5 . 4 . 1 C r i a ç ã o d a p l a t a f o r m a d e h a r d w a r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3

5 . 4 . 2 I n c l u s ã o d o m ó d u l o d o u s u á r i o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6

5 . 5 S o f t w a r e d o P o w e r P C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

5 . 5 . 1 C á l c u l o d a v e l o c i d a d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

5 . 5 . 2 I m p l e m e n t a ç ã o d a L e i d e C o n t r o l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1

5 . 5 . 3 A r m a z e n a m e n t o d a s t r a j e t ó r i a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2

6 C o n c l u s ã o 5 4



C O N T E Ú D O i i i

B i b l i o g r a a 5 6

A n e x o A - L i s t a d e p a r â m e t r o s d o c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a 5 9

A p ê n d i c e A - L i s t a g e m d o s p r o g r a m a s f o n t e 6 4



L i s t a d e F i g u r a s

2 . 1 E s q u e m a d e m o n t a g e m d o t a n q u e d e p r o v a s [ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] . . . . 5

2 . 2 E s t r u t u r a d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e [ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] . . . . . . . . 7

2 . 3 M o t o r e d u t o r p a r a o m o v i m e n t o p r i n c i p a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 . 4 C o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a M O V I T R A C

R L T E . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 . 5 M o t o r p a r a m o v i m e n t o d o s c i l i n d r o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

2 . 6 E n c o d e r E S 1 R a c o p l a d o a o m o t o r t r i f á s i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

2 . 7 E n c o d e r C E S 0 0 1 7 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2

3 . 1 D i a g r a m a e l é t r i c o d o M O V I T R A C

R L T E [ E u r o d r i v e , 2 0 0 4 ] . . . . . . . . . 1 4

3 . 2 I n t e r f a c e e l e t r ô n i c a - e n t r a d a s d i g i t a i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6

3 . 3 I n t e r f a c e e l e t r ô n i c a - e n t r a d a a n a l ó g i c a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

3 . 4 P W M n a e n t r a d a d o D / A e f o r m a s d e o n d a e m s i m u l a ç ã o . . . . . . . . . . 1 8

3 . 5 P o n t e - H c o m M O S F E T s [ D u n n , 2 0 0 3 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9

3 . 6 C i r c u i t o d e a c i o n a m e n t o p a r a m e i a P o n t e - H . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

3 . 7 P o n t e - H s e m o c i r c u i t o d e a c i o n a m e n t o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1

3 . 8 R e s u l t a d o e m s i m u l a ç ã o d a P o n t e - H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2

4 . 1 V e l o c i d a d e d o m o t o r t r i f á s i c o e r e f e r ê n c i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4

4 . 2 E r r o e m v e l o c i d a d e d a g u r a 4 . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

4 . 3 E s q u e m a m e c â n i c o ( a ) e e l é t r i c o ( b ) d e u m m o t o r C C

[ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6

4 . 4 C u r v a s T o r q u e x C o r r e n t e , V e l o c i d a d e e P o t ê n c i a d o M o t o r C C

[ B O S C H , 2 0 0 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8

4 . 5 C i r c u i t o p a r a i d e n t i c a ç ã o d o

La. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9

i v



L I S T A D E F I G U R A S v

4 . 6 I d e n t i c a ç ã o K e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1

4 . 7 P ó l o s d e m a l h a a b e r t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

4 . 8 P ó l o s d e m a l h a f e c h a d a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

4 . 9 R e s u l t a d o d o c o n t r o l e P D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4

4 . 1 0 E r r o e m p o s i ç ã o d a g u r a 4 . 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 1 1 F o r m a s d e o n d a d a t e n s ã o e c o r r e n t e n o m o t o r . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 1 2 A m p l i a ç ã o d a g u r a 4 . 1 1 p a r a m o s t r a r o e f e i t o d o P W M . . . . . . . . . . . 3 6

5 . 1 D i a g r a m a e m b l o c o s d o s i s t e m a e m b a r c a d o . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8

5 . 2 P l a c a X U P V 2 P [ D i g i l e n t , 2 0 0 6 b ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0

5 . 3 S i n a i s d o s e n c o d e r s - s e n t i d o h o r á r i o ( a ) e a n t i - h o r á r i o ( b ) . . . . . . . . . . 4 1

5 . 4 R e s u l t a d o d o m ó d u l o d e h a r d w a r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3

5 . 5 E s c o l h a d a p l a c a X U P V 2 P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

5 . 6 P r o c e s s a d o r e s d i s p o n í v e i s p a r a a a r q u i t e t u r a . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5

5 . 7 C o n g u r a ç ã o d o P o w e r P C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6

5 . 8 I n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7

5 . 9 M ó d u l o d e M e m ó r i a D D R 2 5 6 M b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7

5 . 1 0 P l a t a f o r m a c r i a d a n o X P S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8

5 . 1 1 C r i a ç ã o d o p e r i f é r i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8

5 . 1 2 I n t e r f a c e c o m o b a r r a m e n t o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

5 . 1 3 L o c a l i z a ç ã o d o p e r i f é r i c o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

5 . 1 4 I n s e r ç ã o d o p e r i f é r i c o c r i a d o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0

5 . 1 5 S o f t w a r e P o w e r P C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0



L i s t a d e T a b e l a s

2 . 1 C a r a c t e r í s t i c a s d o m o t o r e d u t o r R 1 7 D Z 7 1 D 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 . 2 C a r a c t e r í s t i c a s d o M o t o r G P C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

2 . 3 C a r a c t e r í s t i c a s d o E n c o d e r E S 1 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

3 . 1 C o n g u r a ç ã o p a r a a s e n t r a d a s d i g i t a i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5

5 . 1 S i n a i s d o e n c o d e r p a r a a m b o s s e n t i d o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1

v i



L i s t a d e A b r e v i a t u r a s

C O P P E

C o o r d e n a ç ã o d o s P r o g r a m a s d e P ó s - G r a d u a ç ã o e m E n g e n h a r i a

F P G A

F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y

F U R G


L A B O C E A N O

L a b o r a t ó r i o d e T e c n o l o g i a O c e â n i c a

L I F E

L a b o r a t ó r i o d e I n t e r a ç ã o F l u i d o - E s t r u t u r a

M C T

M i n i s t é r i o d e C i ê n c i a e T e c n o l o g i a

M O S F E T

M e t a l O x i d e S i l i c o n F i e l d - E e c t T r a n s i s t o r

N u M A

N ú c l e o d e M a t e m á t i c a A p l i c a d a e C o n t r o l e

P D

P r o p o r c i o n a l e D e r i v a t i v o

P P R

P u l s o s p o r R e v o l u ç ã o

P W M

P u l s e - w i d t h M o d u l a t i o n

R P M

R o t a ç õ e s p o r m i n u t o

R P S

R o t a ç õ e s p o r s e g u n d o

T T L

T r a n s i s t o r - T r a n s i s t o r L o g i c

U F R J

U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d o R i o d e J a n e i r o

V H D L

V H S I C H a r d w a r e D e s c r i p t i o n L a n g u a g e

v i i



R e s u m o

N e s t e t r a b a l h o f o i p r o p o s t o u m s i s t e m a d e c o n t r o l e p a r a u m a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e d e s -

t i n a d a a e s t u d o s d e f e n ô m e n o s n a á r e a d e i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a . E s t a p l a t a f o r m a s e r á

c o n s t r u í d a n o L a b o r a t ó r i o d e I n t e r a ç ã o F l u i d o - E s t r u t u r a ( L I F E ) , s e n d o q u e o s i s t e m a d e

c o n t r o l e f o i f e i t o n o N ú c l e o d e M a t e m á t i c a A p l i c a d a e C o n t r o l e ( N u M A ) , a m b o s l o c a l i z a -

d o s n a F u n d a ç ã o U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d o R i o G r a n d e ( F U R G ) . O t r a b a l h o c o m p r e e n d e

a s s e g u i n t e s e t a p a s : p r o j e t o d e c i r c u i t o s e l e t r ô n i c o s p a r a o a c i o n a m e n t o d o s a t u a d o r e s ;

p r o j e t o d e l e i s d e c o n t r o l e p a r a o s a t u a d o r e s ; d e s e n v o l v i m e n t o d e u m s i s t e m a e m b a r c a d o

b a s e a d o e m s o f t w a r e e l ó g i c a p r o g r a m á v e l p a r a a i m p l e m e n t a ç ã o d a s l e i s d e c o n t r o l e p r o -

j e t a d a s . F o r a m u s a d o s p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e p r o j e t o : q u a t r o m o t o r e d u t o r e s , u m

c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a , u m a p l a c a d e d e s e n v o l v i m e n t o c o n t e n d o u m F P G A ( F i e l d P r o -

g r a m m a b l e G a t e A r r a y ) e u m c o m p u t a d o r . O t r a b a l h o e s t á i n c l u í d o n o c o n t e x t o d e u m

p r o j e t o m a i o r , q u e v i s a a c o n s t r u ç ã o d e u m a p l a t a f o r m a p a r a e n s a i o s d e m a n o b r a s d e

m o d e l o s r e d u z i d o s d e e m b a r c a ç õ e s .

v i i i



A b s t r a c t

I n t h i s w o r k a c o n t r o l s y s t e m f o r a t o w i n g c a r r i a g e d e s t i n e d t o t h e s t u d y o f u i d - s t r u c t u r e

p h e n o m e n a w a s p r o p o s e d . I t w i l l b e c o n s t r u c t e d a t L I F E a n d t h e c o n t r o l s y s t e m w a s m a d e

a t N u M A , b o t h a t F U R G . T h e s t a g e s o f t h i s w o r k a r e t h e f o l l o w i n g : p r o j e c t o f e l e c t r o n i c

c i r c u i t s f o r d r i v i n g a c t u a t o r s ; d e s i g n o f c o n t r o l l a w s f o r t h e a c t u a t o r s ; d e v e l o p m e n t o f

a e m b e d d e d s y s t e m b a s e d o n s o f t w a r e a n d p r o g r a m m a b l e l o g i c f o r t h e i m p l e m e n t a t i o n

o f c o n t r o l l a w s . F o r t h e d e v e l o p m e n t , f o u r g e a r m o t o r s , a f r e q u e n c y i n v e r t e r , a n F P G A

( F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y ) d e v e l o p m e n t b o a r d a n d a c o m p u t e r w e r e u s e d . T h i s

w o r k i s i n t h e c o n t e x t o f a g r e a t e r p r o j e c t , t h a t a i m s t h e c o n s t r u c t i o n o f a t o w i n g c a r r i a g e

f o r r e d u c e d m o d e l s h i p m a n e u v e r e x p e r i m e n t s .

i x



C a p í t u l o 1

I n t r o d u ç ã o

A r e a l i z a ç ã o d e e n s a i o s e x p e r i m e n t a i s é m u i t o u t i l i z a d a e m d i v e r s a s á r e a s d a c i ê n c i a ,

p a r a c o n f r o n t a r a s i d é i a s p r o p o s t a s n o d o m í n i o t e ó r i c o c o m a r e a l i d a d e d o s f e n ô m e n o s

f í s i c o s . O s e s t u d o s e x p e r i m e n t a i s t o r n a m - s e a i n d a m a i s i m p o r t a n t e s q u a n d o a r e s o l u ç ã o d e

a l g u n s p r o b l e m a s é i n v i á v e l d e s e r f e i t a a n a l i t i c a m e n t e e o c u s t o p a r a r e s o l v e r o p r o b l e m a

n u m e r i c a m e n t e é a l t o c o m p a r a d o a o n í v e l d e p r o c e s s a m e n t o d o s c o m p u t a d o r e s a t u a i s .

U m d o s p r o b l e m a s d e s s a n a t u r e z a é o e s t u d o d o e s c o a m e n t o s o b r e e s t r u t u r a s c i l í n -

d r i c a s . T r a t a - s e d e u m p r o b l e m a c l á s s i c o d e p e s q u i s a s o b r e i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a .

P a r a v a l o r e s a l t o s d o n ú m e r o d e R e y n o l d s , o c o r r e o d e s c o l a m e n t o d a c a m a d a l i m i t e ,

o q u e p o d e l e v a r a f o r m a ç ã o d e v ó r t i c e s e t u r b u l ê n c i a . E s t u d o s e x p e r i m e n t a i s s ã o

f e r r a m e n t a s i m p r e s c i n d í v e i s n a b u s c a d o e n t e n d i m e n t o e d e s o l u ç õ e s p a r a o p r o b l e m a

[ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] .

A s a p l i c a ç õ e s i n e r e n t e s d a p e s q u i s a n e s s a á r e a é o e s t u d o d o c a r r e g a m e n t o h i d r o d i -

n â m i c o s o b r e e s t r u t u r a s o c e â n i c a s e s b e l t a s , t a i s c o m o c a b o s , r i s e r s e d u t o s s u b m a r i n o s .

U m m e l h o r e n t e n d i m e n t o d e s t e f e n ô m e n o d e t u r b u l ê n c i a , c o n h e c i d o c o m o v i b r a ç ã o i n -

d u z i d a p o r v ó r t i c e , p o d e m e l h o r a r o d i m e n s i o n a m e n t o d e s s e t i p o d e e s t r u t u r a , s e n d o i s t o

d e p r o f u n d o i n t e r e s s e d a i n d ú s t r i a o s h o r e .

1 . 1 M o t i v a ç ã o

O G r u p o d e A n á l i s e d e E s t r u t u r a s O c e â n i c a s E s b e l t a s d a F U R G a p r e s e n t o u a p r o p o s t a d e

c r i a ç ã o d o L I F E , o q u a l c o n t e m p l a a c o n s t r u ç ã o d e u m t a n q u e d e p r o v a s e u m a p l a t a f o r m a

1



C A P Í T U L O 1 . I N T R O D U Ç Ã O 2

d e r e b o q u e d e e s t r u t u r a s c i l í n d r i c a s , e m p a r c e r i a c o m o N u M A . A c r i a ç ã o d o t a n q u e d e

p r o v a s e d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e p e r m i t i r á o e s t u d o d e f e n ô m e n o s d e v i b r a ç ã o i n d u z i d a

p o r v ó r t i c e s e m c i l i n d r o s . A p l a t a f o r m a d e r e b o q u e m o v i m e n t a r á u m c o n j u n t o d e c i l i n d r o s

s u b m e r s o s e m á g u a d e n t r o d o t a n q u e d e p r o v a s .

A l é m d i s s o , u m p r o j e t o f o i p r o p o s t o p e l a C O P P E / U F R J , s e n d o i n t i t u l a d o " I n s t a l a ç ã o

d e P l a t a f o r m a d e M a n o b r a s d e E m b a r c a ç õ e s " , i n c l u i n d o a F U R G c o m o i n s t i t u i ç ã o c o l a -

b o r a d o r a , a t r a v é s d o N u M A e d o L I F E . E s t e p r o j e t o c o n s i s t e b a s i c a m e n t e n a i n s t a l a ç ã o

d e u m a p l a t a f o r m a q u e m o v i m e n t a r á u m m o d e l o r e d u z i d o d e u m a e m b a r c a ç ã o e m c o n t a t o

c o m a á g u a , d e f o r m a q u e s e p o s s a r e a l i z a r m a n o b r a s s o b r e a m e s m a . E s t a p l a t a f o r m a

s e r á i n s t a l a d a n o L a b o r a t ó r i o d e T e c n o l o g i a O c e â n i c a ( L A B O C E A N O ) , l o c a l i z a d o n a

C O P P E / U F R J , j u n t o a o t a n q u e o c e â n i c o j á e x i s t e n t e . E s t e p r o j e t o é r e s u l t a d o d e u m

a c o r d o e n t r e a P e t r o b r á s e M i n i s t é r i o d e C i ê n c i a e T e c n o l o g i a ( M C T ) , c o m o o b j e t i v o d e

e l e v a r o p a t a m a r t e c n o l ó g i c o d a i n d ú s t r i a n a v a l b r a s i l e i r a .

O s d o i s p r o j e t o s t e m p o n t o s e m c o m u m , s e n d o q u e u m d e l e s é o p r o j e t o d e c o n t r o l e . A

d i f e r e n ç a d o s d o i s p r o j e t o s s e d á p o r c o n t a d a e s c a l a , j á q u e a p l a t a f o r m a d e m a n o b r a s d e

e m b a r c a ç õ e s d a C O P P E / U F R J t e m d i m e n s õ e s e i n é r c i a s m u i t o m a i o r e s . P a r a a m b o s o s

p r o j e t o s , t o r n a - s e n e c e s s á r i a a p r o p o s t a d e u m s i s t e m a q u e r e a l i z a r á o c o n t r o l e e m m a l h a

f e c h a d a d e t o d o s g r a u s d e l i b e r d a d e d o s i s t e m a . O s i s t e m a d e c o n t r o l e p r o p o s t o p a r a a

p l a t a f o r m a d a F U R G p o d e s e r a d a p t a d o p o s t e r i o r m e n t e p a r a o c o n t r o l e d a p l a t a f o r m a

d a C O P P E / U F R J .

1 . 2 O b j e t i v o s

E s t e t r a b a l h o v i s a p r o p o r u m s i s t e m a d e c o n t r o l e p a r a a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e d a F U R G .

A f u n ç ã o d a p l a t a f o r m a é m o v i m e n t a r t r ê s c o n j u n t o s d e c i l i n d r o s e m c o n t a t o c o m a á g u a ,

p r e s e n t e n o t a n q u e d e p r o v a s . O s c i l i n d r o s s e r ã o x a d o s à p l a t a f o r m a d e f o r m a a p e r m i t i r

q u a t r o m o v i m e n t o s d i s t i n t o s , p e r f a z e n d o q u a t r o g r a u s d e l i b e r d a d e ( 4 d o f ) .

O o b j e t i v o d e s t e t r a b a l h o é d e s e n v o l v e r u m s i s t e m a d e c o n t r o l e p a r a o s q u a t r o g r a u s

d e l i b e r d a d e ( 4 d o f ) d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e . I s t o e n v o l v e o p r o j e t o e c o n s t r u ç ã o

d e c i r c u i t o s e l e t r ô n i c o s p a r a o a c i o n a m e n t o d o s m o t o r e s , p r o j e t o d e l e i s d e c o n t r o l e e

i m p l e m e n t a ç ã o d e s t a s e m d i s p o s i t i v o d e l ó g i c a p r o g r a m á v e l p a r a o c o n t r o l e e f e t i v o d o



C A P Í T U L O 1 . I N T R O D U Ç Ã O 3

s i s t e m a . O e s t u d o d a i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a , o p r o j e t o e s t r u t u r a l e o p r o j e t o m e c â n i c o

f o g e m d o e s c o p o d e s t e t r a b a l h o , s e n d o e s t e s d e r e s p o n s a b i l i d a d e d a e q u i p e d o L I F E .

1 . 3 E s t r u t u r a d a m o n o g r a a

E s t a m o n o g r a a e s t á d e s e n v o l v i d a e m 5 c a p í t u l o s . O C a p í t u l o 1 a p r e s e n t o u a i n t r o -

d u ç ã o , a m o t i v a ç ã o p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e t r a b a l h o e s e u s o b j e t i v o s . O C a p í t u l o

2 a p r e s e n t a a e s t r u t u r a d o t a n q u e d e p r o v a s e d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e , m o s t r a n d o s e u s

m o v i m e n t o s , b e m c o m o o s a t u a d o r e s e s e n s o r e s u t i l i z a d o s . O C a p í t u l o 3 m o s t r a o p r o j e t o

e l e t r o - e l e t r ô n i c o p a r a o a c i o n a m e n t o d o s a t u a d o r e s . O C a p í t u l o 4 p r o p õ e u m p r o j e t o d e

c o n t r o l e p a r a c a d a a t u a d o r e s c o l h i d o , m o s t r a n d o r e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o . O C a p í t u l o 5

a p r e s e n t a o s i s t e m a e m b a r c a d o d e c o n t r o l e , s e n d o o m ó d u l o q u e o p e r a e m t e m p o r e a l e

i m p l e m e n t a a s l e i s d e c o n t r o l e p r o j e t a d a s . N o C a p í t u l o 6 s ã o m o s t r a d a s a s c o n c l u s õ e s e

s u g e s t õ e s d e t r a b a l h o s f u t u r o s .



C a p í t u l o 2

E s t r u t u r a d o t a n q u e d e p r o v a s e

p l a t a f o r m a

N e s s e c a p í t u l o s e r ã o a p r e s e n t a d a s a s e s t r u t u r a s d o t a n q u e d e p r o v a s e d a p l a t a f o r m a d e

r e b o q u e , q u e p o s s i b i l i t a m o s e x p e r i m e n t o s d e i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a . S e r ã o m o s t r a -

d o s t a m b é m o s a t u a d o r e s e s e n s o r e s u s a d o s p a r a m o v i m e n t a ç ã o e s e n s o r i a m e n t o d a

p l a t a f o r m a . O p r o j e t o e s t r u t u r a l e m e c â n i c o d o t a n q u e d e p r o v a s e a p l a t a f o r m a f o r a m

r e a l i z a d o s p e l a e q u i p e d o L I F E , n ã o f a z e n d o p a r t e d e s t e t r a b a l h o . E s t a d e s c r i ç ã o e s t á

a q u i a p r e s e n t a d a p a r a o m e l h o r e n t e n d i m e n t o d o s i s t e m a d e c o n t r o l e d a p l a t a f o r m a d e

r e b o q u e . U m a d i s c u s s ã o m a i s d e t a l h a d a d o p r o j e t o e s t r u t u r a l e m e c â n i c o é f e i t a e m

[ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] .

2 . 1 E s t r u t u r a d o t a n q u e d e p r o v a s

F o i c o n s t r u í d o , n o i n t e r i o r d o L I F E , u m t a n q u e d e p r o v a s p a r a o s e x p e r i m e n t o s d e i n t e -

r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a . A s p a r e d e s e b a s e d o t a n q u e s ã o f e i t a s d e c h a p a s d e v i d r o c o m u m ,

p o s s u i n d o a n e x a d o a o v i d r o u m i s o l a n t e d e i s o p o r d e a l t a d e n s i d a d e . A e s t r u t u r a q u e

s u s t e n t a a s p a r e d e s e b a s e f o i f e i t a e m a ç o , p o s s u i n d o u m v ã o l i v r e d e f o r m a a v i a b i l i z a r

a l m a g e m d a f o r m a ç ã o d e v ó r t i c e s d u r a n t e o d e s l o c a m e n t o d o s c i l i n d r o s n a á g u a . A

e s t r u t u r a d e s u s t e n t a ç ã o é m o n t a d a e m 5 m ó d u l o s d e 3 , 2 m , s e n d o q u e o t a n q u e c a c o m

u m t a m a n h o i n t e r n o t o t a l d e 1 6 m d e c o m p r i m e n t o , 0 , 7 1 m d e l a r g u r a e 0 , 7 8 m d e a l t u r a .

N a g u r a 2 . 1 é m o s t r a d o u m e s q u e m a s i m p l i c a d o d a m o n t a g e m d o t a n q u e d e p r o v a s .

4



C A P Í T U L O 2 . E S T R U T U R A D O T A N Q U E D E P R O V A S E P L A T A F O R M A 5

N o t a - s e q u e h á u m a p l a t a f o r m a q u e s e d e s l o c a a c i m a d o t a n q u e d e p r o v a s , a o l o n g o d e t o d o

o s e u c o m p r i m e n t o . E s t a p l a t a f o r m a s e r á a p r e s e n t a d a c o m d e t a l h e s n a s e ç ã o s e g u i n t e .

F i g u r a 2 . 1 : E s q u e m a d e m o n t a g e m d o t a n q u e d e p r o v a s [ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] .

2 . 2 E s t r u t u r a d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e

A c i m a d o t a n q u e d e p r o v a s s e r á c o n s t r u í d a u m a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e . A p l a t a f o r m a s e

d e s l o c a s o b r e t r i l h o s , m o n t a d o s e m u m a e s t r u t u r a c o n s t r u í d a i n d e p e n d e n t e d a e s t r u t u r a

d e s u s t e n t a ç ã o d o t a n q u e . I s t o f o i f e i t o p a r a q u e a v i b r a ç ã o o r i u n d a d o s a t u a d o r e s n ã o

s e j a i n d u z i d a n o t a n q u e d e p r o v a s o n d e o c o r r e r ã o o s e n s a i o s .

A c i m a d a p l a t a f o r m a e s o l i d á r i o s a e s t a s ã o m o n t a d o s o s s i s t e m a s q u e m o v i m e n t a m

o s c i l i n d r o s d e n t r o d o t a n q u e . S e n d o q u e a p l a t a f o r m a s e m o v e s o m e n t e n o s e n t i d o

l o n g i t u d i n a l , o s m o v i m e n t o s p o s s í v e i s s ã o :

•U m c i l i n d r o , o u u m c o n j u n t o d e c i l i n d r o s , s e m o v i m e n t a n o s e n t i d o l o n g i t u d i n a l d o

t a n q u e j u n t o à p l a t a f o r m a , s o f r e n d o o s c i l a ç õ e s h a r m ô n i c a s n o s e n t i d o t r a n s v e r s a l ;

•U m c i l i n d r o , o u u m c o n j u n t o d e c i l i n d r o s , s e m o v i m e n t a n o s e n t i d o l o n g i t u d i n a l

d o t a n q u e j u n t o à p l a t a f o r m a , s o f r e n d o o s c i l a ç õ e s h a r m ô n i c a s n e s t e m e s m o s e n t i d o

( v e l o c i d a d e r e l a t i v a ) e n o s e n t i d o t r a n s v e r s a l ;




•U m c o n j u n t o d e c i l i n d r o s s e m o v i m e n t a n o s e n t i d o l o n g i t u d i n a l d o t a n q u e j u n t o à

p l a t a f o r m a .

O s s i s t e m a s p a r a d e s l o c a m e n t o d o s c i l i n d r o s , q u e f o r a m m o s t r a d o s d e f o r m a s i m p l i -

c a d a n a g u r a 2 . 1 s ã o d e t a l h a d o s a g o r a n a g u r a 2 . 2 . E s t a g u r a m o s t r a a e s t r u t u r a d a

p l a t a f o r m a d e r e b o q u e . O s í n d i c e s a b a i x o d a g u r a 2 . 2 s ã o r e f e r e n c i a d o s n o t e x t o p a r a

m e l h o r e n t e d i m e n t o .

A p l a t a f o r m a d e r e b o q u e s e m o v e s o b r e t r i l h o s p r i n c i p a i s ( 1 4 - F i g . 2 . 2 ) , a t r a v é s

d e r o d í z i o s v e r t i c a i s ( 2 0 - F i g . 2 . 2 ) . O a t u a d o r p r i n c i p a l ( 9 - F i g . 2 . 2 ) é r e s p o n s á v e l

p e l o m o v i m e n t o d a p l a t a f o r m a c o m o u m t o d o . C o m o o c o n t r o l e e m m a l h a f e c h a d a d a

v e l o c i d a d e d a p l a t a f o r m a é f e i t o n e s t e a t u a d o r , n ã o é d e s e j a d o q u e o c o r r a d e s l i z a m e n t o ,

p o i s a p o s i ç ã o e v e l o c i d a d e m e d i d a s n o a t u a d o r n ã o s e r i a m a s m e s m a s d a p l a t a f o r m a . P o r

i s t o a e x i s t ê n c i a d a c r e m a l h e i r a ( 1 5 - F i g . 2 . 2 ) a o l a d o d o s t r i l h o s , o n d e v a i a n e x a d a u m a

p o l i a n o m e s m o e i x o p r i n c i p a l . C o m o o a t u a d o r é u m c o n j u n t o m o t o r e d u t o r ( d e t a l h e s n a

s e ç ã o 2 . 3 . 1 ) , a t r a n s m i s s ã o c o m o e i x o é f e i t a p o r p o l i a s e c o r r e i a c o m r e l a ç ã o 1 : 1 . E s t e

a t u a d o r é r e f e r e n c i a d o n o t e x t o c o m o a t u a d o r d o m o v i m e n t o p r i n c i p a l .

D e s t a c a - s e a p r e s e n ç a d o s c i l i n d r o s p r e s o s à p l a t a f o r m a : x o s ( 2 - F i g . 2 . 2 ) , c o m

m o v i m e n t o o s c i l a t ó r i o t r a n s v e r s a l ( 3 - F i g . 2 . 2 ) e c o m m o v i m e n t o o s c i l a t ó r i o t r a n s v e r s a l

e l o n g i t u d i n a l ( 4 - F i g . 2 . 2 ) . O s c i l i n d r o s x o s s e m o v i m e n t a m s o m e n t e c o m o m o v i m e n t o

d a p l a t a f o r m a , f e i t o p e l o a t u a d o r p r i n c i p a l . O s c i l i n d r o s m ó v e i s e m r e l a ç ã o a p l a t a f o r m a

s ã o a c i o n a d o s p e l o s a t u a d o r e s d o s m o v i m e n t o s s e c u n d á r i o s ( 5 , 6 e 7 - F i g . 2 . 2 ) . E s t e s

a t u a d o r e s s ã o m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a , a c o p l a d o s a r e d u t o r e s d e v e l o c i d a d e f e i t o p o r

p o l i a s e c o r r e i a s , c o m r e l a ç ã o 1 : 9 .

2 . 3 A t u a d o r e s

F o r a m u s a d o s q u a t r o a t u a d o r e s , u m p a r a c a d a u m d o s q u a t r o g r a u s d e l i b e r d a d e d o

s i s t e m a . O a t u a d o r d o m o v i m e n t o p r i n c i p a l é r e s p o n s á v e l p e l o m o v i m e n t o d e t o d a a

p l a t a f o r m a a o l o n g o d o c o m p r i m e n t o d o t a n q u e , o u s e j a , n o s e n t i d o l o n g i t u d i n a l . P a r a

o s m o v i m e n t o s d o s c i l i n d r o s f o r a m u t i l i z a d o s t r ê s a t u a d o r e s d e m e s m o m o d e l o . P a r a

a p r e s e n t a r s u a s c a r a c t e r í s t i c a s , e s t e m o d e l o s e r á r e f e r i d o c o m o a t u a d o r d o s m o v i m e n t o s

s e c u n d á r i o s .




F i g u r a 2 . 2 : E s t r u t u r a d a p l a t a f o r m a d e r e b o q u e [ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] .

2 . 3 . 1 A t u a d o r d o m o v i m e n t o p r i n c i p a l

O a t u a d o r e s c o l h i d o p a r a o m o v i m e n t o p r i n c i p a l é o m o t o r e d u t o r m o d e l o R 1 7

D Z 7 1 D 4 / E S 1 R ( g u r a 2 . 3 ) , p r o d u z i d o p e l a S E W E u r o d r i v e [ E U R O D R I V E , 2 0 0 6 ] . T r a t a -

s e d e u m m o t o r d e i n d u ç ã o t r i f á s i c o , a c o p l a d o a u m r e d u t o r d e e n g r e n a g e n s h e l i c o i d a i s .

E s t e t i p o d e e n g r e n a m e n t o n o r e d u t o r d e v e l o c i d a d e g a r a n t e u m b a i x o j o g o a n g u l a r , d a




o r d e m d e m i n u t o s d e g r a u . I s s o m e l h o r a a p r e c i s ã o d e p o s i c i o n a m e n t o e e v i t a a i n d u ç ã o

d e v i b r a ç ã o n a c a r g a . A t a b e l a 2 . 1 a p r e s e n t a a l g u m a s c a r a c t e r í s t i c a s d o m o t o r e d u t o r

[ E u r o d r i v e , 2 0 0 6 ] .

F i g u r a 2 . 3 : M o t o r e d u t o r p a r a o m o v i m e n t o p r i n c i p a l .

T a b e l a 2 . 1 : C a r a c t e r í s t i c a s d o m o t o r e d u t o r R 1 7 D Z 7 1 D 4

P a r â m e t r o / U n i d a d e V a l o r

P o t ê n c i a n o m i n a l d o m o t o r ( k W ) 0 . 3 7

T e n s ã o ( V ) 2 2 0 / 3 8 0

C o r r e n t e ( A ) 2 . 0 5 / 1 . 1 9

F r e q ü ê n c i a ( H z ) 6 0

Í n d i c e d e R e d u ç ã o 1 6 . 9 9

V e l o c i d a d e d e E n t r a d a ( r p m ) 1 6 8 0

V e l o c i d a d e d e S a í d a ( r p m ) 9 9

T o r q u e d e S a í d a ( N m ) 3 6

P e s o ( k g ) 8

F o n t e : [ E u r o d r i v e , 2 0 0 6 ]

O a c i o n a m e n t o d e s t e a t u a d o r é f e i t o p e l o c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a M O V I T R A C

R L T

E ( g u r a 2 . 4 ) , t a m b é m p r o d u z i d o p e l a S E W E u r o d r i v e [ E U R O D R I V E , 2 0 0 6 ] , q u e f o i

a d q u i r i d o j u n t o c o m o m o t o r e d u t o r . E l e é o m ó d u l o r e s p o n s á v e l p o r c o n v e r t e r u m s i n a l

d e b a i x a p o t ê n c i a e m u m s i n a l d e a l t a p o t ê n c i a q u e p o d e a c i o n a r o m o t o r t r i f á s i c o . A l é m




d i s s o , e l e p o s s u i u m t e c l a d o e u m d i s p l a y n a s u a p a r t e f r o n t a l , o n d e p o d e - s e c o n g u r a r d i -

v e r s a s f u n ç õ e s , t a i s c o m o a r o t a ç ã o m á x i m a e r o t a ç ã o m í n i m a d o m o t o r , t e m p o d a r a m p a

d e a c e l e r a ç ã o e d e s a c e l e r a ç ã o , e t c . A s f u n ç õ e s s ã o c o n g u r a d a s m o d i c a n d o , a t r a v é s d o

t e c l a d o , o s v a l o r e s d e u m c o n j u n t o d e p a r â m e t r o s p r é - d e t e r m i n a d o s . O v a l o r d o s p a r â m e -

t r o s p o d e s e r l i d o n o d i s p l a y . Q u a n d o o m o t o r e s t á e m f u n c i o n a m e n t o , a f r e q ü ê n c i a o u a

c o r r e n t e d o m o t o r p o d e m s e r m o s t r a d a s n o d i s p l a y . U m a l i s t a c o m p l e t a d o c o n j u n t o d e

p a r â m e t r o s p o d e s e r c o n s u l t a d a n o A n e x o A . O s d e t a l h e s d o a c i o n a m e n t o d o m o t o r e d u t o r

u t i l i z a n d o e s t e c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a s ã o d i s c u t i d o s n o c a p í t u l o 3 .

F i g u r a 2 . 4 : C o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a M O V I T R A C

R L T E .

2 . 3 . 2 A t u a d o r d o s m o v i m e n t o s s e c u n d á r i o s

P a r a e f e t u a r a m o v i m e n t a ç ã o d o s c i l i n d r o s , f o r a m e s c o l h i d o s t r ê s m o t o r e s d e c o r r e n t e

c o n t í n u a , m o d e l o G P C 9 1 3 0 4 5 1 1 2 7 ( g u r a 2 . 5 ) , d a B o s c h . O s m o t o r e s s ã o d o t i p o

b r u s h e d ( c o m e s c o v a s ) . A s c a r a c t e r í s t i c a s d e s t e m o t o r s ã o a p r e s e n t a d a s n a t a b e l a 2 . 2 .

O a c i o n a m e n t o d e s t e s m o t o r e s é f e i t o p o r c i r c u i t o s d e P o n t e - H c o m e n t r a d a P W M .

O s d e t a l h e s d e s t e a c i o n a m e n t o s ã o a p r e s e n t a d o s n o c a p í t u l o 3 .

2 . 4 S e n s o r e s

P a r a i m p l e m e n t a r u m s i s t e m a d e c o n t r o l e e m m a l h a f e c h a d a , é i n d i s p e n s á v e l q u e s e

t e n h a n o s i s t e m a a l g u m t i p o d e s e n s o r i a m e n t o . E s t e i r á f o r n e c e r a o c o n t r o l a d o r a s



C A P Í T U L O 2 . E S T R U T U R A D O T A N Q U E D E P R O V A S E P L A T A F O R M A 1 0

F i g u r a 2 . 5 : M o t o r p a r a m o v i m e n t o d o s c i l i n d r o s .

T a b e l a 2 . 2 : C a r a c t e r í s t i c a s d o M o t o r G P C

P a r â m e t r o / U n i d a d e V a l o r

P o t ê n c i a n o m i n a l d o m o t o r ( W ) 2 1 0

T e n s ã o ( V ) 2 4

C o r r e n t e n o m i n a l ( A ) 1 5 . 3

V e l o c i d a d e n o m i n a l ( r p m ) 2 6 5 5

T o r q u e n o m i n a l ( N m ) 0 . 7 5

T o r q u e m á x i m o ( N m ) 3 . 5 5

P e s o ( k g ) 1 . 5

F o n t e : [ B O S C H , 2 0 0 6 ]

p o s i ç õ e s a t u a i s d e c a d a v a r i á v e l a s e r c o n t r o l a d a . O s e n s o r t r a n s f o r m a o s i n a l f í s i c o

d a s a í d a d a p l a n t a ( v a r i á v e l d e p r o c e s s o ) e m u m s i n a l e l é t r i c o q u e s e r á a m o s t r a d o

[ B a z a n e l l a a n d d a S i l v a J r , 2 0 0 5 ] . N e s t e p r o j e t o f o r a m u t i l i z a d o s s o m e n t e s e n s o r e s p a r a

m e d i ç ã o d a p o s i ç ã o a n g u l a r n o s a t u a d o r e s . T r a t a - s e d e e n c o d e r s i n c r e m e n t a i s , q u e s ã o

m u i t o u t i l i z a d o s p a r a e s t e m p o r p o s s i b i l i t a r e m u m a m e d i d a c o n á v e l , b a s e a d a e m s e n -

s o r e s ó t i c o s d e a l t a p r e c i s ã o .

2 . 4 . 1 E n c o d e r d o a t u a d o r p r i n c i p a l

U m e n c o d e r i n c r e m e n t a l , m o d e l o E S 1 R , a c o m p a n h a o m o t o r e d u t o r d a S E W , s e n d o

a c o p l a d o a o e i x o d o m o t o r ( g u r a 2 . 6 ) . A t a b e l a 2 . 3 m o s t r a a l g u m a s c a r a c t e r í s t i c a s

d o e n c o d e r .




F i g u r a 2 . 6 : E n c o d e r E S 1 R a c o p l a d o a o m o t o r t r i f á s i c o .

T a b e l a 2 . 3 : C a r a c t e r í s t i c a s d o E n c o d e r E S 1 R

P a r â m e t r o C a r a c t e r í s t i c a / V a l o r

T i p o d e m e d i ç ã o i n c r e m e n t a l

T i p o d o e i x o e x p a n s i v o

R e s o l u ç ã o A , B ( P P R ) 1 0 2 4

R e s o l u ç ã o C ( P P R ) 1

A l i m e n t a ç ã o 2 4 V c c

S i n a l 5 V T T L ( R S - 4 2 2 )

F o n t e : [ E u r o d r i v e , 1 9 9 9 ]

A d e c o d i c a ç ã o d o s s i n a i s A e B f o r n e c e a m e d i d a d e p o s i ç ã o e m P P R e o s e n t i d o d e

r o t a ç ã o . O s i n a l C é c o n h e c i d o c o m o I N D E X e f o r n e c e u m a m e d i d a a b s o l u t a d o e n c o d e r ,

p r o d u z i n d o u m p u l s o p o r v o l t a d o m o t o r .

2 . 4 . 2 E n c o d e r s d o s a t u a d o r e s s e c u n d á r i o s

P a r a o s a t u a d o r e s s e c u n d á r i o s f o i e s c o l h i d o o e n c o d e r i n c r e m e n t a l C E S 0 0 1 7 5 ( g u r a 2 . 7 )

d e 1 0 2 4 P P R , d e e i x o v a z a d o , p r o d u z i d o p e l a C O M P O S U L [ C o m p o s u l , 2 0 0 6 ] . E s t e e n -

c o d e r é a c o p l a d o a o m e s m o e i x o d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a . S u a s c a r a c t e r í s t i c a s s ã o

a s m e s m a s d o e n c o d e r d a S E W , e x c e t o p e l a a l i m e n t a ç ã o d e 5 V e a p r e s e n ç a d e u m c a b o




d e 4 m d e c o m p r i m e n t o j á c o n e c t a d o d e f á b r i c a . E s t e e n c o d e r f o i a d q u i r i d o s e p a r a d a m e n t e

d o a t u a d o r , s e n d o q u e n o r e d u t o r d e v e l o c i d a d e h á u m p r o l o n g a m e n t o d o e i x o d o m o t o r

p a r a c o n e x ã o c o m o e i x o v a z a d o d o e n c o d e r .

F i g u r a 2 . 7 : E n c o d e r C E S 0 0 1 7 5 .



C a p í t u l o 3

P r o j e t o E l e t r o - E l e t r ô n i c o

N e s t e c a p í t u l o é d i s c u t i d a a f o r m a d e a c i o n a m e n t o d o s m o t o r e s , n o a s p e c t o e l e t r o -

e l e t r ô n i c o . P a r a o a c i o n a m e n t o d o m o t o r t r i f á s i c o , o c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a f a z p r a t i -

c a m e n t e t o d o t r a b a l h o , s e n d o n e c e s s á r i o a p e n a s c i r c u i t o s e l e t r ô n i c o s d e i n t e r f a c e c o m

d i s p o s i t i v o s T r a n s i s t o r - T r a n s i s t o r L o g i c ( T T L ) . P a r a o a c i o n a m e n t o d o m o t o r d e c o r -

r e n t e c o n t í n u a , u m a e t a p a d e p o t ê n c i a b a s e a d a e m P o n t e - H f o i p r o p o s t a e c o n s t r u í d a .

3 . 1 A c i o n a m e n t o d o m o t o r t r i f á s i c o

O a c i o n a m e n t o d o m o t o r t r i f á s i c o , c o m o f o i a p r e s e n t a d o , é f e i t o p e l o c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n -

c i a M O V I T R A C

R L T E . O c a p í t u l o 2 j á a p r e s e n t o u e s t e c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a . E s t a

s e ç ã o e s t a r á m a i s d e t i d a n o s a s p e c t o s e l é t r i c o s d o c o n v e r s o r , a m d e c o n s t r u i r i n t e r f a c e s

e l e t r ô n i c a s c o m e s t e p a r a p e r m i t i r o a c i o n a m e n t o a t r a v é s d e d i s p o s i t i v o s d i g i t a i s .

3 . 1 . 1 C a r a c t e r í s t i c a s e l é t r i c a s d o i n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a

O d i a g r a m a e l é t r i c o d e l i g a ç ã o d o i n v e r s o r é m o s t r a d o n a g u r a 3 . 1 . O d i a g r a m a d a e s -

q u e r d a d i z r e s p e i t o à l i g a ç ã o e l é t r i c a , m o s t r a n d o o s c o m p o n e n t e s n e c e s s á r i o s p a r a s e u a d e -

q u a d o f u n c i o n a m e n t o : u m c o n t a t o r d e 2 2 0 V e u m d i s j u n t o r d e c o r r e n t e d i f e r e n c i a l r e s i d u a l

d e 1 0 A . F o i u t i l i z a d o u m c a b o d e 2 v i a s p a r a c o n e x ã o d o i n v e r s o r à r e d e m o n o f á s i c a d e

2 2 0 V e u m c a b o d e 3 v i a s p a r a c o n e x ã o d o i n v e r s o r a o m o t o r t r i f á s i c o .

N o d i a g r a m a à d i r e i t a d a g u r a 3 . 1 é m o s t r a d a a r é g u a d e b o r n e s d e s i n a l , s i t u a d a n a

p a r t e i n f e r i o r d o i n v e r s o r , c o m u m a c o n g u r a ç ã o f o r n e c i d a d e f á b r i c a . E s s a c o n g u r a ç ã o

1 3



C A P Í T U L O 3 . P R O J E T O E L E T R O - E L E T R Ô N I C O 1 4

p e r m i t e o a c i o n a m e n t o d o m o t o r e m d o i s s e n t i d o s , s e n d o o c o n t r o l e d e v e l o c i d a d e f e i t o

a t r a v é s d e u m p o t e n c i ô m e t r o , c o m o c u r s o r l i g a d o à e n t r a d a a n a l ó g i c a ( p i n o 6 ) .

F i g u r a 3 . 1 : D i a g r a m a e l é t r i c o d o M O V I T R A C

R L T E [ E u r o d r i v e , 2 0 0 4 ] .

P o d e - s e c o n g u r a r a s f u n ç õ e s d o s p i n o s 2 , 3 , 4 e 6 a t r a v é s d o s P a r â m e t r o s P - 1 2 e P - 1 9 .

F i x a n d o o P - 1 2 e m 0 ( C o n t r o l e p o r b o r n e s ) , a c o n g u r a ç ã o d a f u n ç ã o d e c a d a e n t r a d a

d i g i t a l é f e i t a p e l o p a r â m e t r o P - 1 9 . A l i s t a d e t o d a s a s f u n ç õ e s d a s e n t r a d a s d i g i t a i s p o d e

s e r c o n s u l t a d a n o A n e x o A .

D e s e j a - s e t e r p l e n a l i b e r d a d e p a r a a l t e r a r a v e l o c i d a d e d o m o t o r , p o i s o s i s t e m a d e

c o n t r o l e q u e s e e n c a r r e g a r á d o c o n t r o l e d e v e l o c i d a d e . A ú n i c a m a n e i r a d e c o n t r o l a r a

v e l o c i d a d e s e m u t i l i z a r o c o n t r o l e m a n u a l é a t r a v é s d a e n t r a d a a n a l ó g i c a ( p i n o 6 ) , u s a n d o




o c o n t r o l e p o r b o r n e s . É p r e c i s o q u e o m o t o r t a m b é m p o s s a g i r a r t a n t o n o s e n t i d o h o r á r i o

c o m o a n t i - h o r á r i o , p a r a q u e a p l a t a f o r m a s e d e s l o q u e a o l o n g o d o t a n q u e . A c o n g u r a ç ã o

f e i t a p a r a a s e n t r a d a s d i g i t a i s é a p r e s e n t a d a n a t a b e l a 3 . 1 . P a r a u m a d e s c r i ç ã o c o m p l e t a

d a s f u n ç õ e s d a s e n t r a d a s d i g i t a i s , c o n s u l t e o A n e x o A .

T a b e l a 3 . 1 : C o n g u r a ç ã o p a r a a s e n t r a d a s d i g i t a i s

P - 1 9 F u n ç ã o e n t r a d a 1 F u n ç ã o e n t r a d a 2 F u n ç ã o e n t r a d a 3

4 D e s l i g a d a : P a r a r D e s l i g a d a : R o d a r h o r á r i o D e s l i g a d a : R e f . a n a l ó g i c a

L i g a d a : R o d a r L i g a d a : R o d a r a n t i - h o r á r i o L i g a d a : F r e q . x a 1

F o n t e : [ E u r o d r i v e , 2 0 0 5 ]

3 . 1 . 2 I n t e r f a c e c o m a s e n t r a d a s d e s i n a l

A s e n t r a d a s d e s i n a l d o c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a f o r a m c o n g u r a d a s , n a s e ç ã o a n t e r i o r ,

d o s e g u i n t e m o d o : a p r i m e i r a e n t r a d a l i g a e d e s l i g a o m o t o r ( e n t r a d a d i g i t a l ) ; a s e g u n d a

i n v e r t e o s e n t i d o d e r o t a ç ã o ( e n t r a d a d i g i t a l ) ; a t e r c e i r a c o n t r o l a a v e l o c i d a d e d o m o t o r

( e n t r a d a a n a l ó g i c a ) . A t e n s ã o d e o p e r a ç ã o d a s e n t r a d a s é d e 0 a 1 0 V , d e f o r m a q u e

n a s e n t r a d a s d i g i t a i s o n í v e l b a i x o é 0 V e o n í v e l a l t o é 1 0 V , e n a e n t r a d a a n a l ó g i c a a

t e n s ã o 0 V r e p r e s e n t a o m o t o r c o m v e l o c i d a d e m í n i m a c o n g u r a d a n o p a r â m e t r o P - 0 2 ,

e 1 0 V r e p r e s e n t a o m o t o r c o m a v e l o c i d a d e m á x i m a c o n g u r a d a n o p a r â m e t r o P - 0 1 . A

c o n g u r a ç ã o f e i t a n o s p a r â m e t r o s P - 0 1 e P - 0 2 f o i 0 H z e 5 0 H z , r e s p e c t i v a m e n t e .

I n t e r f a c e c o m a s e n t r a d a s d i g i t a i s

O s d i s p o s i t i v o s d i g i t a i s g e r a l m e n t e t r a b a l h a m n a f a i x a T T L , d e 0 - 5 V , p a r a r e p r e s e n t a r o s

n í v e i s l ó g i c o s . P a r a q u e a s e n t r a d a s d i g i t a i s p o s s a m s e r e s t i m u l a d a s p o r a l g u m d i s p o s i -

t i v o T T L , o u d e t e n s ã o m a i s b a i x a , é n e c e s s á r i a a c o n s t r u ç ã o d e u m a i n t e r f a c e e l e t r ô n i c a

( F i g u r a 3 . 2 ) p a r a c o n v e r t e r o n í v e l d e t e n s ã o T T L e m u m a t e n s ã o d e 0 a 1 0 V . O c i r c u i t o

c o n s i s t e e m u m t r a n s i s t o r d e u s o g e r a l e d o i s r e s i s t o r e s . A c o n g u r a ç ã o u s a d a f o i d e t r a n -

s i s t o r c o m o c h a v e , q u e o p e r a e m d o i s e s t a d o s d o t r a n s i s t o r : s a t u r a ç ã o e c o r t e . Q u a n d o o

t r a n s i s t o r e s t á s a t u r a d o , a t e n s ã o V CE c a i p a r a a p r o x i m a d a m e n t e 0 , 3 V . Q u a n d o o t r a n -

s i s t o r e s t á e m c o r t e , V CE s o b e p a r a a p r o x i m a d a m e n t e 1 0 V . N a s a í d a t e r e m o s a e n t r a d a

d i g i t a l i n v e r t i d a , c o m o n í v e l d e t e n s ã o d e 0 - 1 0 V .




F i g u r a 3 . 2 : I n t e r f a c e e l e t r ô n i c a - e n t r a d a s d i g i t a i s .

P a r a s a t u r a r o t r a n s i s t o r , a s s u m e - s e u m g a n h o d e c o r r e n t e β cc(sat) d e 1 0 ( s a t u r a ç ã o

f o r t e ) e c a l c u l a - s e a c o r r e n t e d e b a s e p a r a q u e , q u a n d o m u l t i p l i c a d a p e l o g a n h o , s e j a m a i o r

o u i g u a l q u e a c o r r e n t e d e s a t u r a ç ã o d e c o l e t o r . E s s a c o r r e n t e é :

V C (sat) =10V

4.7kΩ= 2.12mA

( 3 . 1 )

O r e s i s t o r d e 10kΩ

f o r ç a u m a c o r r e n t e d e b a s e d e 0 , 5 m A , q u e m u l t i p l i c a d o p e l o

g a n h o 1 0 , r e s u l t a e m u m a u m a c o r r e n t e d e c o l e t o r d e 5 m A , o q u e g a r a n t e a s a t u r a ç ã o d o

t r a n s i s t o r .

I n t e r f a c e c o m a e n t r a d a a n a l ó g i c a

O s d i s p o s i t i v o s d i g i t a i s e m g e r a l n ã o p o s s u e m p i n o s d e s a í d a a n a l ó g i c o s . F o i p r e c i s o

c o n s t r u i r u m c i r c u i t o c o n v e r s o r d i g i t a l - a n a l ó g i c o ( D / A ) e u m c i r c u i t o p a r a c o n v e r t e r a

t e n s ã o a n a l ó g i c a d o D / A p a r a u m a f a i x a d e 0 - 1 0 V , p a r a c o n e x ã o n a e n t r a d a a n a l ó g i c a .

O c i r c u i t o c o m p l e t o é m o s t r a d o n a g u r a 3 . 3 .

A e n t r a d a d e s t e c i r c u i t o é u m s i n a l P u l s e - w i d t h M o d u l a t i o n ( P W M ) , o u M o d u l a ç ã o

p o r L a r g u r a d e P u l s o . T r a t a - s e d e u m s i n a l d i g i t a l o n d e o t e m p o d e n í v e l a l t o p o d e

s e r m o d u l a d o , m a n t e n d o o p e r í o d o t o t a l d a o n d a c o n s t a n t e . O t e m p o d e n í v e l a l t o é

c o n h e c i d o c o m o d u t y c y c l e . O P W M é l a r g a m e n t e u s a d o p a r a o c o n t r o l e d e m o t o r e s ,




F i g u r a 3 . 3 : I n t e r f a c e e l e t r ô n i c a - e n t r a d a a n a l ó g i c a .

p o r s e r d e f á c i l i m p l e m e n t a ç ã o e m c i r c u i t o s d i g i t a i s e d i m i n u i r a s p e r d a s d i s s i p a d a s p o r

a c i o n a m e n t o s l i n e a r e s . A p l i c a n d o o s i n a l P W M , a o c i r c u i t o R C m o s t r a d o n a g u r a 3 . 3 , a

t e n s ã o m e d i d a n o c a p a c i t o r C 1 é u m a t e n s ã o d e 0 - 5 V p r o p o r c i o n a l a o c i c l o d e n í v e l a l t o

d o P W M . E s t a t e n s ã o é a m p l i c a d a p a r a u m a f a i x a d e 0 - 1 0 V , a t r a v é s d o a m p l i c a d o r

o p e r a c i o n a l L M 3 2 4 , n a c o n g u r a ç ã o a m p l i c a d o r n ã o - i n v e r s o r . D e s e j a - s e , p o r t a n t o , t e r

u m g a n h o d e t e n s ã o d e 2 n o a m p l i c a d o r . O g a n h o d e t e n s ã o é o b t i d o c o m u m a r e l a ç ã o

d o s v a l o r e s d e d o i s r e s i s t o r e s , R 5 e R 6 ( v e j a g u r a 3 . 3 ) , d e f o r m a q u e V out = 2V in . A

r e l a ç ã o é a s e g u i n t e :

V out =

R5

R6+ 1

V in ( 3 . 2 )

P r e c i s a - s e q u e R 5 = R 6 p a r a q u e o g a n h o d e t e n s ã o s e j a 2 . F o r a m e s c o l h i d o s 2 r e s i s -

t o r e s d e

2, 2kΩ. U m c a p a c i t o r d e 1 0 0 n F f o i p o s t o n a s a í d a d o a m p l i c a d o r p a r a l t r a r

o s c i l a ç ã o r e s i d u a i s . O r e s u l t a d o d a a p l i c a ç ã o d e u m P W M c o m c i c l o d e 5 0 % d o p e r í o d o

é m o s t r a d o n a g u r a 3 . 4 . A c u r v a e m v e r m e l h o d o g r á c o à d i r e i t a é a t e n s ã o n a s a í d a

d o c i r c u i t o R C , e a c u r v a e m a z u l é a t e n s ã o n a s a í d a d o a m p l i c a d o r . N o t a - s e q u e a s

c u r v a s p o s s u e m u m a o s c i l a ç ã o p r o v e n i e n t e d a r e s p o s t a d o c i r c u i t o R C . Q u a n t o m a i o r o

v a l o r d o c a p a c i t o r , m e n o r é a o s c i l a ç ã o . P o r é m , v a l o r e s a l t o s d e c a p a c i t â n c i a i n s e r e m u m a

" i n é r c i a " a o c i r c u i t o e l é t r i c o , q u e s i g n i c a o t e m p o d e e s t a b i l i z a ç ã o d a t e n s ã o . P r o c u r o u - s e

o b t e r u m c o m p r o m i s s o e n t r e o s c i l a ç ã o e t e m p o d e e s t a b i l i z a ç ã o , e s t e c a n d o n a o r d e m




d e 3 m s . A o s c i l a ç ã o n a s a í d a é m e n o r q u e 1 0 0 m V , o q u e r e p r e s e n t a n o m á x i m o 1 % d a

v e l o c i d a d e m á x i m a , n ã o s e t o r n a n d o p r e j u d i c i a l p a r a o c o n t r o l e d e v e l o c i d a d e d o a t u a d o r .

F i g u r a 3 . 4 : P W M n a e n t r a d a d o D / A e f o r m a s d e o n d a e m s i m u l a ç ã o .

3 . 2 A c i o n a m e n t o d o s m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a

N e n h u m a e t a p a d e p o t ê n c i a é f o r n e c i d a c o m o s m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a , s e n d o a s s i m ,

f o i n e c e s s á r i a a c o n s t r u ç ã o d e t r ê s d e l a s p a r a q u e o s m o t o r e s s e j a m a c i o n a d o s , p o d e n d o

g i r a r e m a m b o s o s s e n t i d o s .

3 . 2 . 1 P r o j e t o d a P o n t e - H

F o i p r o p o s t a u m a P o n t e - H c o m t r a n s i s t o r e s M O S F E T d o t i p o N ( I R F Z 4 4 N ) . A f u n ç ã o

d a p o n t e - H é p r o v e r u m a m a n e i r a d e i n v e r t e r o s e n t i d o d e r o t a ç ã o d o m o t o r . O b s e r v a n d o

a g u r a 3 . 5 [ D u n n , 2 0 0 3 ] p e r c e b e - s e o f u n c i o n a m e n t o d a P o n t e - H : a o a t i v a r o s M O S F E T s

Q 1 e Q 4 , a c o r r e n t e d i r e t a ( I F W D ) u i a t r a v é s d o m o t o r , g i r a n d o o m o t o r e m u m s e n t i d o .

P o r o u t r o l a d o , a o a t i v a r o s M O S F E T s Q 2 e Q 3 , a c o r r e n t e r e v e r s a ( I RV S ) u i a t r a v é s d o

m o t o r , g i r a n d o - o n o o u t r o s e n t i d o . O s M O S F E T s f u n c i o n a m c o m o c h a v e s q u e c o n e c t a m

o m o t o r n a f o n t e d e a l i m e n t a ç ã o d a s d u a s m a n e i r a s . A o a t i v a r o s M O S F E T s Q 2 e Q 4 , o

m o t o r t r a v a .

A m d e v a r i a r a v e l o c i d a d e d o m o t o r , é p r e c i s o v a r i a r a t e n s ã o a p l i c a d a . I s s o é f e i t o

a p l i c a n d o u m s i n a l P W M à p o r t a ( g a t e ) n o s M O S F E T s , d e m o d o q u e a t e n s ã o e f e t i v a

n o m o t o r é p r o p o r c i o n a l a o c i c l o d e n í v e l a l t o ( d u t y c y c l e ) d o P W M . O q u e a c o n t e c e é




F i g u r a 3 . 5 : P o n t e - H c o m M O S F E T s [ D u n n , 2 0 0 3 ] .

q u e o m o t o r c a u m p e r í o d o d e t e m p o l i g a d o n a t e n s ã o m á x i m a d e o p e r a ç ã o ( o m o t o r

u s a d o é d e 2 4 V ) e u m p e r í o d o d e t e m p o d e s l i g a d o , s e n d o e s t e t e m p o d e v e s e r c o n t r o l a d o

p e l o d u t y c y c l e . C o m o a f r e q ü ê n c i a d e s t e c h a v e a m e n t o é d a o r d e m d e k i l o h e r t z , p o d e - s e

d i z e r q u e o m o t o r s e c o m p o r t a c o m o s e e s t i v e s s e c o n t r o l a d o p o r u m a t e n s ã o c o n s t a n t e .

O c h a v e a m e n t o e s t á e m u m a f r e q ü ê n c i a b e m m a i o r q u e a f r e q ü ê n c i a e m q u e o c o r r e o

m o v i m e n t o m e c â n i c o .

A m a n e i r a d e a c i o n a r o s M O S F E T s d o t i p o N , n e s t a c o n g u r a ç ã o d e P o n t e - H , t o r n a - s e

u m p o u c o c o m p l i c a d a . P a r a o s M O S F E T s d o l a d o d e b a i x o ( l o w s i d e ) , q u e e s t ã o c o m a

f o n t e ( s o u r c e ) a t e r r a d a , é s i m p l e s : b a s t a p r o v e r u m s i n a l P W M c o m u m a f a i x a d e t e n s ã o

m a i o r q u e a t e n s ã o d e l i m i a r p o r t a - f o n t e d o M O S F E T ( V GS (th) ) , q u e n o M O S F E T u s a d o

é d e a p r o x i m a d a m e n t e 4 V . O i d e a l é q u e s e j a a c i o n a d o c o m u m P W M n a f a i x a d e 0 - 1 2 V ,

p o i s o n í v e l T T L c a m u i t o p r ó x i m o d e V GS (th) . P a r a o s M O S F E T s d o l a d o d e c i m a ( h i g h

s i d e ) , q u e n ã o e s t ã o c o m o s s o u r c e s a t e r r a d o s , é p r e c i s o t e r a m e s m a t e n s ã o m a i o r q u e

V GS (th) , m a s q u a n d o o m o t o r e s t á a t i v o , a t e n s ã o n o s o u r c e d e s s e M O S F E T é p r ó x i m a

d a t e n s ã o d e a l i m e n t a ç ã o , 2 4 V . O u s e j a , é p r e c i s o d e u m a t e n s ã o d e p e l o m e n o s 3 6 V n o s

M O S F E T s d e c i m a q u a n d o e l e s e s t ã o a t i v o s .




O s e g u i n t e c i r c u i t o ( g u r a 3 . 6 ) f o i p r o p o s t o p a r a a c i o n a r o s M O S F E T s d e s t a m a n e i r a .

E s t e c i r c u i t o m o s t r a s ó m e i a - p o n t e , o u s e j a , e s t e é c o n e c t a d o a u m t e r m i n a l d o m o t o r ,

c o m o m o s t r a d o n a g u r a 3 . 6 , e u m a r é p l i c a d e s t e é c o n e c t a d o a o o u t r o t e r m i n a l d o m o t o r .

E s t e f u n c i o n a d a s e g u i n t e m a n e i r a : q u a n d o o s i n a l d e e n t r a d a ( V 3 ) e s t á e m n í v e l a l t o ,

o t r a n s i s t o r Q 7 s a t u r a , f a z e n d o c o m q u e o Q 1 2 t a m b é m s a t u r e , c a n d o a t e n s ã o V CE d o

Q 1 2 e m t o r n o d e 0 , 3 V . A s s i m a t e n s ã o d e 3 8 V c a t o d a n o g a t e d o M O S F E T . U m z e n e r

d e 1 2 V f o i u s a d o p a r a l i m i t a r a t e n s ã o d o g a t e , q u e p o d e s e r n o m á x i m o 2 0 V . A m b o s o s

c i r c u i t o s d e a c i o n a m e n t o d e M 1 e M 2 t e m o m e s m o f u n c i o n a m e n t o .

F i g u r a 3 . 6 : C i r c u i t o d e a c i o n a m e n t o p a r a m e i a P o n t e - H .

U m m o d e l o e l é t r i c o a p r o x i m a d o d o m o t o r D C p o d e s e r f e i t o p o r u m r e s i s t o r e u m

i n d u t o r e m s é r i e . A g u r a 3 . 7 m o s t r a o e s q u e m a c o m p l e t o d a P o n t e - H , s e m o c i r c u i t o d e

a c i o n a m e n t o , c o n e c t a d a a o c o n j u n t o r e s i s t o r - i n d u t o r . A i d e n t i c a ç ã o d o s v a l o r e s d e s s e s

c o m p o n e n t e s f o i f e i t a e x p e r i m e n t a l m e n t e e s e r á d e t a l h a d a n o c a p í t u l o 3 .

3 . 2 . 2 R e s u l t a d o e m s i m u l a ç ã o d a P o n t e - H

O r e s u l t a d o e m s i m u l a ç ã o d a P o n t e - H a c i o n a d a p o r P W M é m o s t r a d a n a g u r a 3 . 8 . A

f o r m a d e o n d a e m r o x o é a t e n s ã o m e d i d a n o m o t o r . A f o r m a d e o n d a e m v e r d e r e p r e s e n t a




F i g u r a 3 . 7 : P o n t e - H s e m o c i r c u i t o d e a c i o n a m e n t o .

o P W M a p l i c a d o , n a f a i x a d e 0 - 2 . 5 V , n a e n t r a d a d o d r i v e r q u e a c i o n a o M O S F E T M 4

( v e j a g u r a s 3 . 7 e 3 . 6 ) . A f o r m a d e o n d a e m a z u l r e p r e s e n t a a t e n s ã o a p l i c a d a n a e n t r a d a

d o d r i v e r c o r r e s p o n d e n t e a o M O S F E T M 1 .




F i g u r a 3 . 8 : R e s u l t a d o e m s i m u l a ç ã o d a P o n t e - H .



C a p í t u l o 4

P r o j e t o d e C o n t r o l e

S ã o p r o j e t a d a s , n e s t e c a p í t u l o , a s l e i s d e c o n t r o l e p a r a o s a t u a d o r e s p r i n c i p a l e s e -

c u n d á r i o s . P a r a o m o t o r p r i n c i p a l ( t r i f á s i c o ) s e r á f e i t o u m c o n t r o l e p r o p o r c i o n a l e m

v e l o c i d a d e p a r a o s e g u i m e n t o d a t r a j e t ó r i a . P a r a o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a , r e s p o n s á -

v e l p e l o m o v i m e n t o h a r m ô n i c o d o s c i l i n d r o s , é f e i t a u m a a n á l i s e m a i s d e t a l h a d a d o m o d e l o

d i n â m i c o , b e m c o m o u m p r o j e t o d e c o n t r o l e d o t i p o P r o p o r c i o n a l e D e r i v a t i v o ( P D ) .

4 . 1 P r o j e t o d e c o n t r o l e d o m o t o r t r i f á s i c o

O m o t o r d e i n d u ç ã o t r i f á s i c o é u m t i p o d e m o t o r s e m e s c o v a s n e m c o m u t a d o r . O t o r q u e n o

r o t o r é g e r a d o p e l o m o v i m e n t o d o c a m p o m a g n é t i c o n o e s t a t o r , e m u m a d a d a f r e q ü ê n c i a .

E s t a f r e q ü ê n c i a d e t e r m i n a a v e l o c i d a d e d o r o t o r . A d i f e r e n ç a e n t r e a v e l o c i d a d e d o r o t o r

e a f r e q ü ê n c i a d o c a m p o m a g n é t i c o g i r a n t e d e n o m i n a - s e e s c o r r e g a m e n t o [ K o s o w , 1 9 7 9 ] .

C o m o o m o t o r d e i n d u ç ã o t r i f á s i c o f o i a d q u i r i d o j u n t a m e n t e c o m u m i n v e r s o r d e

f r e q ü ê n c i a , f a z e r u m p r o j e t o d e c o n t r o l e a p a r t i r d o m o d e l o d i n â m i c o d o a t u a d o r t o r n a - s e

c o m p l i c a d o , p o i s n ã o s e s a b e a o c e r t o q u a l é a t e n s ã o , a c o r r e n t e q u e e s t ã o e f e t i v a m e n t e

s e n d o a p l i c a d a s n o m o t o r . C o n t r o l a r e m m a l h a a b e r t a t a m b é m n ã o é d e s e j á v e l , p o r c a u s a

d o e s c o r r e g a m e n t o . A ú n i c a v a r i á v e l d i s p o n í v e l q u e p o d e m o s c o n t r o l a r é a f r e q ü ê n c i a d e

g i r o d o c a m p o m a g n é t i c o d o e s t a t o r , q u e e s t á d i s p o n í v e l a t r a v é s d a e n t r a d a a n a l ó g i c a d a

r é g u a s d e b o r n e s d e s i n a l d o i n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a ( g u r a 3 . 1 ) .

F o i e n t ã o p r o j e t a d a u m a l e i d e c o n t r o l e d o t i p o p r o p o r c i o n a l e m v e l o c i d a d e ( e q u a ç ã o

4 . 1 ) , a m d e m i n i m i z a r o e f e i t o d o e s c o r r e g a m e n t o .

2 3



C A P Í T U L O 4 . P R O J E T O D E C O N T R O L E 2 4

f d = f n + K p(θR − θ)( 4 . 1 )

O b s e r v a - s e a v e l o c i d a d e d e s e j a d a

˙θR

e a o b t i d a a t r a v é s d o e n c o d e r

˙θ

: s e e l a s f o r e m

i g u a i s , a f r e q ü ê n c i a e n v i a d a a o m o t o r f n é p r o p o r c i o n a l à v e l o c i d a d e d e s e j a d a ; c a s o n ã o

f o r e m i g u a i s é s o m a d a u m a p a r c e l a q u e a u m e n t a a f r e q ü ê n c i a d o c a m p o m a g n é t i c o g i r a n t e

( f d ) , d e f o r m a q u e a v e l o c i d a d e a c o m p a n h e a v e l o c i d a d e d e r e f e r ê n c i a .

F o i o b t i d o u m r e s u l t a d o e x p e r i m e n t a l c o m a l e i d e c o n t r o l e p r o j e t a d a , a s s u m i n d o u m

g a n h o K p d e 0 , 2 . P a r a i s t o f o i u s a d o o s u p o r t e e x p e r i m e n t a l d e u m o u t r o p r o j e t o p r e s e n t e

n o N u M A , s e n d o s u a s c a r a c t e r í s t i c a s d e t a l h a d a s e m [ R o s a , 2 0 0 2 ] . U m a t r a j e t ó r i a s e n o i d a l

d e r e f e r ê n c i a f o i e n v i a d a a o m o t o r e o a c i o n a m e n t o f o i f e i t o p r o d u z i n d o u m s i n a l P W M

q u e f o i c o n e c t a d o a o c i r c u i t o d e i n t e r f a c e c o m o i n v e r s o r ( s e ç ã o 3 . 1 . 2 ) . O r e s u l t a d o d o

c o n t r o l e é m o s t r a d o n a g u r a 4 . 1 . N a g u r a 4 . 2 é m o s t r a d o o e r r o e m v e l o c i d a d e n o

a c o m p a n h a m e n t o d a t r a j e t ó r i a ( g u r a 4 . 1 ) .

F i g u r a 4 . 1 : V e l o c i d a d e d o m o t o r t r i f á s i c o e r e f e r ê n c i a .




F i g u r a 4 . 2 : E r r o e m v e l o c i d a d e d a g u r a 4 . 1 .

4 . 2 P r o j e t o d e c o n t r o l e d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a

4 . 2 . 1 M o d e l o d i n â m i c o d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a

O s m o t o r e s e l é t r i c o s s ã o s i s t e m a s e l e t r o m e c â n i c o s , c o n s t i t u í d o s d e c i r c u i t o s ( p a r t e e l é t r i c a )

q u e i n t e r a g e m m a g n e t i c a m e n t e c o m c o r p o s e m m o v i m e n t o ( p a r t e m e c â n i c a ) . O m o v i -

m e n t o d o s c o r p o s é r e g i d o p e l a s l e i s d a m e c â n i c a c l á s s i c a , o s c i r c u i t o s e l é t r i c o s o b e d e c e m

à s l e i s d e K i r c h o e a s l e i s d o e l e t r o m a g n e t i s m o d e s c r e v e m a i n t e r a ç ã o e n t r e a p a r t e

e l é t r i c a e a p a r t e m e c â n i c a d o m o t o r [ B a z a n e l l a a n d d a S i l v a J r , 2 0 0 5 ] .

O m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a p o s s u i u m e s t a t o r ( p a r t e x a ) e u m r o t o r ( p a r t e m ó v e l ) .

O e s t a t o r t e m í m ã s , x o s à c a r c a ç a , q u e e s t a b e l e c e m u m c a m p o m a g n é t i c o e m v o l t a d o

r o t o r . A s e s c o v a s f o r ç a m a c o r r e n t e e l é t r i c a a t r a v é s d o s e n r o l a m e n t o s d o r o t o r , s e n d o

q u e o c o m u t a d o r q u e g i r a j u n t o a o r o t o r g a r a n t e q u e a c o r r e n t e e s t a r á s e n d o t r a n s f e r i d a

p a r a a a r m a d u r a . O c a m p o m a g n é t i c o g e r a d o p e l a c i r c u l a ç ã o d a c o r r e n t e i n t e r a g e c o m o

c a m p o g e r a d o p e l o e s t a t o r , p r o d u z i n d o u m t o r q u e n a d i r e ç ã o d e t e r m i n a d a . S e o s e n t i d o d a

c o r r e n t e f o r i n v e r t i d o , o s e n t i d o d o t o r q u e s e r á i n v e r t i d o . U m e s q u e m a d a m e c â n i c a i n t e r n a




d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a é m o s t r a d o n a g u r a 4 . 3 [ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 ] .

F i g u r a 4 . 3 : E s q u e m a m e c â n i c o ( a ) e e l é t r i c o ( b ) d e u m m o t o r C C

[ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 ] .

A p e s a r d o s p r i n c í p i o s d o m o t o r s e r e m r e g i d o s p e l a s l e i s d o e l e t r o m a g n e t i s m o , é c o -

m u m r e l a c i o n a r o t o r q u e T

d e s e n v o l v i d o n o r o t o r c o m a c o r r e n t e d e a r m a d u r a ia e u m a

c o n s t a n t e t o r q u e - c o r r e n t e K t , e e x p r e s s a r a t e n s ã o g e r a d a c o m o r e s u l t a d o d a r o t a ç ã o

( c h a m a d a d e f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z , q u e s e o p õ e a t e n s ã o a p l i c a d a ) , e m t e r m o s d a

v e l o c i d a d e a n g u l a r n o m o t o r θm e d e u m a c o n s t a n t e d e f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z

K e

[ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 ] . A s e q u a ç õ e s s ã o a s s e g u i n t e s :

T = K tia ( 4 . 2 )

e = K eθm ( 4 . 3 )

U m m o d e l o d i n â m i c o d e u m m o t o r C C , p r o p o s t o p o r [ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 , p .

4 8 ] é m o s t r a d o a s e g u i r :

J mθm + bθm = K tia ( 4 . 4 )

La

dia

dt+ Raia = va −K eθm ( 4 . 5 )

A e q u a ç ã o 4 . 4 d e s c r e v e o m o d e l o m e c â n i c o d o m o t o r , s e n d o q u e J m r e p r e s e n t a o

m o m e n t o d e i n é r c i a d o r o t o r e b

r e p r e s e n t a a c o m p o n e n t e d e a t r i t o v i s c o s o . A e q u a ç ã o

4 . 5 d e s c r e v e o m o d e l o e l é t r i c o d o m o t o r , s e n d o La o e f e i t o i n d u t i v o , Ra s u a r e s i s t ê n c i a




i n t e r n a e K e a c o n s t a n t e d e f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z . T r a t a - s e d e u m c i r c u i t o R L s é r i e ,

s e n d o q u e a f o n t e d e t e n s ã o e m s é r i e r e p r e s e n t a a f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z , p r o p o r c i o n a l

à v e l o c i d a d e d o r o t o r . E s s a f o r ç a s u r g e d e v i d o à i n t e r a ç ã o d o s c a m p o s m a g n é t i c o s , q u e

c o m o m o v i m e n t o i n d u z c o r r e n t e q u e g e r a u m a t e n s ã o p r o p o r c i o n a l c o n t r á r i a à t e n s ã o

a p l i c a d a n o s t e r m i n a i s d a a r m a d u r a . E s t a f o r ç a p o d e s e r c o n s i d e r a d a u m a c o m p o n e n t e

d e a t r i t o v i s c o s o d e v i d o a u m f e n ô m e n o e l é t r i c o .

P a r a o p r o j e t o d a l e i d e c o n t r o l e d o m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a u s a n d o o m o d e l o

m o s t r a d o , t o r n a - s e n e c e s s á r i a a i d e n t i c a ç ã o d o s p a r â m e t r o s K t ,

K e , La e

Ra . A f o r m a

d e i d e n t i c a ç ã o d e c a d a u m d e l e s é m o s t r a d o n a s s e ç õ e s s e g u i n t e s .

4 . 2 . 2 I d e n t i c a ç ã o d e p a r â m e t r o s d o m o d e l o

I d e n t i c a ç ã o d a c o n s t a n t e K t

A i d e n t i c a ç ã o d a c o n s t a n t e K t p o d e s e r o b t i d a p e l o g r á c o T o r q u e x C o r r e n t e d a g u r a

4 . 4 [ B O S C H , 2 0 0 6 ] . A c o n s t a n t e K t é i g u a l a o c o e c i e n t e a n g u l a r d a r e t a T o r q u e x

C o r r e n t e , d e f o r m a q u e :

K t = tanα = yb − ya

xb − xa

( 4 . 6 )

C o n h e c e n d o - s e d o i s p o n t o s p e r t e n c e n t e s à r e t a , o u o â n g u l o q u e e l a f a z c o m a o r i g e m

p o d e - s e f a c i l m e n t e d e t e r m i n a r o v a l o r . O v a l o r c a l c u l a d o p a r a e s t e p a r â m e t r o é 0 , 1 8 4 6 1 5 .

I d e n t i c a ç ã o d a s c o n s t a n t e s Ra e

La

P a r a i d e n t i c a r o s v a l o r e s d e Ra e

La f o i n e c e s s á r i a a r e a l i z a ç ã o d e u m e n s a i o e x p e r i m e n -

t a l . O v a l o r d e Ra , m e d i d o c o m u m o h m í m e t r o , é d e 0, 6Ω. D a e q u a ç ã o 4 . 5 , q u a n d o a

v e l o c i d a d e d o m o t o r é z e r o ( m o t o r p a r a d o ) s u a r e s p o s t a s e c o m p o r t a a d e u m c i r c u i t o

R L , d o s e g u i n t e m o d o :

La

dia

dt+ Raia = va ( 4 . 7 )

C o m o Ra é c o n h e c i d o , a p l i c a n d o u m a t e n s ã o

va e o b t e n d o a c o r r e n t e ia é p o s s í v e l

d e t e r m i n a r o v a l o r d e

La r e s o l v e n d o a e q u a ç ã o d i f e r e n c i a l m o s t r a d a . A o a p l i c a r u m a

t e n s ã o c o n t í n u a , a i d e n t i c a ç ã o s e t o r n a r á c o m p l i c a d a p e l o f a t o d a d i c u l d a d e d e m e d i r a




F i g u r a 4 . 4 : C u r v a s T o r q u e x C o r r e n t e , V e l o c i d a d e e P o t ê n c i a d o M o t o r C C

[ B O S C H , 2 0 0 6 ] .

c o r r e n t e n o r e g i m e t r a n s i t ó r i o , q u e é r e l a t i v a m e n t e r á p i d o . P o r e s t a r a z ã o , f o i e s c o l h i d a a

f u n ç ã o e x c i t a ç ã o s e n o i d a l p a r a a i d e n t i c a ç ã o . E s t a f u n ç ã o p r o d u z u m a r e s p o s t a f o r ç a d a

t a m b é m s e n o i d a l [ J r . a n d K e m m e r l y , 1 9 7 5 ] , f a c i l i t a n d o a m e d i ç ã o d a r e s p o s t a e m u m

o s c i l o s c ó p i o .

O e x p e r i m e n t o f o i f e i t o d a s e g u i n t e f o r m a : f o i c o n s t r u í d o u m c i r c u i t o 4 . 5 c o m p o s t o d o

m o t o r e u m r e s i s t o r d e 1Ω

e m s é r i e , l i g a d o s a u m g e r a d o r d e f u n ç õ e s . F u n ç õ e s s e n o i d a i s

c o m f r e q ü ê n c i a s d e 1 0 0 H z , 5 0 0 H z , 1 k H z e 1 0 k H z f o r a m g e r a d a s , c a d a f r e q ü ê n c i a c o m

t r ê s a m p l i t u d e s d e s i n a l d i f e r e n t e s : 2 0 0 m V p p , 4 0 0 m V p p e 8 0 0 m V p p ( v a l o r e s d e p i c o - a -

p i c o ) . A c o r r e n t e p r o d u z i d a p o r e s s e s i n a l n ã o é s u c i e n t e p a r a p a r t i r o m o t o r , p o r i s s o

a c o m p o n e n t e d e f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z é n u l a . P a r a c a d a c o m b i n a ç ã o d e v a l o r e s d e

f r e q ü ê n c i a e a m p l i t u d e f o r a m m e d i d a s a a m p l i t u d e m á x i m a d e t e n s ã o s o b r e o r e s i s t o r e m

s é r i e V r e s o b r e o m o t o r V m , q u e r e p r e s e n t a o i n d u t o r . O e f e i t o d e r e s i s t ê n c i a i n t e r n a d o

m o t o r n e s t e e x p e r i m e n t o f o i d e s c o n s i d e r a d o .

A r e s p o s t a d e f u n ç õ e s s e n o i d a i s é m a i s f a c i l m e n t e a n a l i s a d a a t r a v é s d e f a s o r e s . U m a

d i s c u s s ã o c o m p l e t a d a a n á l i s e f a s o r i a l é f e i t a e m [ J r . a n d K e m m e r l y , 1 9 7 5 ] . S e g u n d o

[ J r . a n d K e m m e r l y , 1 9 7 5 ] , a l e i d e t e n s ã o d e K i r c h h o f u n c i o n a t a m b é m p a r a a n á l i s e

f a s o r i a l , o u s e j a :

V = Vr + Vm ( 4 . 8 )




F i g u r a 4 . 5 : C i r c u i t o p a r a i d e n t i c a ç ã o d o

La.

V = RI + jωLI( 4 . 9 )

D a m e s m a f o r m a , a c o r r e n t e n o l a ç o R L p o d e s e r c a l c u l a d a p e l a L e i d e O h m :

I =Vr

R( 4 . 1 0 )

C o m o d e s e j a - s e s o m e n t e a s a m p l i t u d e s m á x i m a s d a s t e n s õ e s e c o r r e n t e s , f o r a m d e -

s c o n s i d e r a d o s a s p a r c e l a s c o m p l e x a s d o s f a s o r e s , q u e d e t e r m i n a m a d e f a s a g e m d a t e n s ã o

e d a c o r r e n t e . S e n d o ω = 2πf

, o n d e f

é a f r e q ü ê n c i a d a t e n s ã o s e n o i d a l a p l i c a d a , e t e n d o

m e d i d o a t e n s ã o n o s t e r m i n a i s d o m o t o r , o c á l c u l o d a i n d u t â n c i a

La d o m o t o r é f e i t o d a

s e g u i n t e f o r m a :

La =V m

2πf ia

( 4 . 1 1 )

O n d e 2πf ia é a r e a t â n c i a i n d u t i v a X L . F o r a m o b t i d o s a l g u n s v a l o r e s p a r a La , n a

f a i x a d e 0 , 4 m H a 1 , 2 m H , s e n d o e s c o l h i d o o v a l o r d e 0 , 8 m H .

I d e n t i c a ç ã o d a c o n s t a n t e K e

O e x p e r i m e n t o p a r a i d e n t i c a r a c o n s t a n t e K e c o n s i s t e e m l e v a n t a r u m g r á c o V e l o c i d a d e

x T o r q u e c o m o m o t o r e m v a z i o ( v e j a e q u a ç ã o 4 . 4 ) , a m d e o b t e r u m c o e c i e n t e d e a t r i t o ,

n o q u a l s e r á a s s u m i d o q u e 7 0 % d e s t e c o e c i e n t e r e p r e s e n t a m e c a n i c a m e n t e o e f e i t o d a

f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z . O s o u t r o s 3 0 % s ã o d e v i d o s a o s a t r i t o s o r i u n d o s d a s e s c o v a s




i n t e r n a s a o m o t o r e d o s r o l a m e n t o s n o s e u e i x o . F o i c o n e c t a d o a o m o t o r C C o e n c o d e r

m o s t r a d o a n t e r i o r m e n t e p a r a m e d i ç ã o d e p o s i ç ã o , s e n d o s e u s d a d o s l i d o s p e l o s i s t e m a

e m b a r c a d o q u e s e r á d e s c r i t o n o c a p í t u l o 5 . A m e d i ç ã o d a p o s i ç ã o é l i d a e m u m p a s s o

c o n s t a n t e e e n v i a d a p a r a u m c o m p u t a d o r v i a i n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 p a r a p o s t e r i o r a n á l i s e ,

s e n d o q u e o c á l c u l o d a v e l o c i d a d e f e i t o o i n e .

O e n s a i o f o i f e i t o a c i o n a n d o o m o t o r c o m d i v e r s o s n í v e i s d e t e n s ã o c o n s t a n t e e m e d i n d o

a v e l o c i d a d e d e e s t a b i l i z a ç ã o , b e m c o m o a c o r r e n t e d e p o i s d a v e l o c i d a d e e s t a b i l i z a d a .

C o m o f o i v i s t o n a e q u a ç ã o 4 . 2 , o t o r q u e t e m r e l a ç ã o d i r e t a c o m a c o r r e n t e , a t r a v é s d a

c o n s t a n t e K t j á d e t e r m i n a d a , s e n d o a s s i m s a b e - s e o t o r q u e a p l i c a d o a o m o t o r . A j u s t a n d o

o s p o n t o s d a r e g i ã o p o s i t i v a e n e g a t i v a p o r i n t e r p o l a ç ã o p o l i n o m i a l d e p r i m e i r a o r d e m , f o i

o b t i d o o s e g u i n t e g r á c o ( g u r a 4 . 6 ) . O c o e c i e n t e a n g u l a r d a r e t a r e p r e s e n t a a c o n s t a n t e

d e a t r i t o v i s c o s o t o t a l , s e n d o q u e 7 0 % d e s t e , p a r a o m o t o r e m v a z i o , é a c o n s t a n t e d a

f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z .

N o t a - s e , n e s t e g r á c o , q u e e x i s t e m d u a s r e t a s : a r e t a d o s e m i - p l a n o d i r e i t o r e p r e s e n t a

o t o r q u e d e a t r i t o n o s e n t i d o h o r á r i o d o m o t o r e a r e t a d o s e m i - p l a n o e s q u e r d o r e p r e s e n t a

o t o r q u e d e a t r i t o n o s e n t i d o a n t i - h o r á r i o d o m o t o r . O c r u z a m e n t o d e a m b a s a s r e t a s

c o m o e i x o v e r t i c a l r e p r e s e n t a m o t o r q u e d e a t r i t o e s t á t i c o q u e a g e n o m o t o r e m c a d a

s e n t i d o . I s t o d e t e r m i n a a z o n a m o r t a e m t o r q u e d o m o t o r , q u e n e s t e e x p e r i m e n t o c o u

e m 0 , 5 N m . P a r a a m a i o r i a d o s m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a a z o n a m o r t a e m t o r q u e

c o m p r e e n d e 1 0 % d o t o r q u e m á x i m o . S e n d o q u e o t o r q u e m á x i m o d e s t e a t u a d o r é 3 , 5 5

N m , a z o n a m o r t a e m t o r q u e d o m o t o r é 0 , 3 N m , s e n d o q u e o t o r q u e d e a t r i t o d e 0 , 2 N m

é d e v i d o à s e s c o v a s d o m o t o r e r o l a m e n t o s u t i l i z a d o s .

F o r a m i d e n t i c a d o s d o i s v a l o r e s d e K e , u m p a r a o s e n t i d o p o s i t i v o , v a l e n d o 8 , 6 9 4 E - 4

e o u t r o p a r a o s e n t i d o n e g a t i v o , v a l e n d o 7 , 8 4 7 E - 4 . P a r a e f e i t o s d e s i m u l a ç ã o s e r á u s a d a

a m é d i a d o s d o i s , o u s e j a , 8 , 2 7 0 5 E - 4 .

4 . 2 . 3 P r o j e t o d e C o n t r o l e

C o m o m o d e l a g e m d i n â m i c a d o m o t o r d e t e r m i n a d a e s e u s p a r â m e t r o s j á i d e n t i c a d o s ,

p o d e s e r f e i t o u m p r o j e t o d e c o n t r o l e . C a d a m o t o r d e c o r r e n t e c o n t í n u a d e s l o c a r á

p r i m e i r a m e n t e u m c i l i n d r o d e m a s s a mc e r a i o

Rc . S e n d o a i n é r c i a d o c i l i n d r o mcR

2c

( e m u n i d a d e s n a s a í d a ) , a i n é r c i a d o m o t o r J m ( e m u n i d a d e s n a e n t r a d a ) e o í n d i c e d e




F i g u r a 4 . 6 : I d e n t i c a ç ã o K e .

r e d u ç ã o n

, a i n é r c i a t o t a l a s e r d e s l o c a d a , e m u n i d a d e s n a e n t r a d a é :

I T = mcR2c

n2+ J m ( 4 . 1 2 )

O a t r i t o v i s c o s o d e s t e s i s t e m a é c o m p o s t o p o r d i v e r s o s c o m p o n e n t e s : a t r i t o s i n t e r n o s

d o m o t o r ( d e v i d o à s e s c o v a s ) , d o s r o l a m e n t o s , d a f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z e d o c i l i n d r o

e m c o n t a t o c o m a á g u a . A l g u n s d e s s e s p a r â m e t r o s j á f o r a m l e v a n t a d o s , c o m o o a t r i t o

i n t e r n o d o a t u a d o r j u n t o c o m a f o r ç a c o n t r a - e l e t r o m o t r i z . P a r a e f e i t o s d e s i m u l a ç ã o ,

f o i a s s u m i d o u m a t r i t o t o t a l C T q u e e n g l o b a t o d o s o s a t r i t o s . A d m i t i n d o u m t e m p o d e

r e s p o s t a d e c e r c a d e 1 s , p o d e s e r d e t e r m i n a d o o a t r i t o v i s c o s o t o t a l . E s t e a t r i t o j á e s t á

e m u n i d a d e s n a e n t r a d a .

D e p o s s e d a s e q u a ç õ e s 4 . 4 e 4 . 5 e d o s n o v o s p a r â m e t r o s d a c a r g a , a s e q u a ç õ e s d o

m o d e l o s ã o :

I T θm + C T θm = K tia ( 4 . 1 3 )

La

dia

dt

+ Raia = va −K eθm ( 4 . 1 4 )




C o l o c a n d o a s e q u a ç õ e s n a f o r m a d e e s t a d o , s e n d o o v e t o r d e e s t a d o

X =θm θm ia

T

t e m o s :

X =

0 1 0

0 −C T I T

K tI T

0 −K eLa

Ra

La

X +

0

0

1La

va ( 4 . 1 5 )

U m c o n t r o l e P D e m t e n s ã o f o i p r o j e t a d o p a r a e s t e a t u a d o r . O c o n t r o l e P D t e m a

f o r m a :

va = K p(θR − θm) + K d(θR − θm)( 4 . 1 6 )

P a r a s i m u l a ç ã o u s a n d o a f o r m a d e e s t a d o , s e n d o o v e t o r d e r e f e r ê n c i a

X R =θR θR iR

T

e o v e t o r d e c o n t r o l e

K cont =K p K d 0

a e q u a ç ã o d o c o n t r o l e

f o i c o l o c a d a d a s e g u i n t e f o r m a :

va = K cont

X R − X

( 4 . 1 7 )

C h a m a n d o a s m a t r i z e s d o m o d e l o ( e q u a ç ã o 4 . 1 5 ) d e A

e B

, n e s t a o r d e m , a e q u a ç ã o

d e m a l h a f e c h a d a c a :

X =A−BK cont

X + BK cont

X R ( 4 . 1 8 )

O s p ó l o s d e m a l h a a b e r t a , q u e s ã o c a l c u l a d o s o b t e n d o o s a u t o v a l o r e s d a m a t r i z A

,

s ã o m o s t r a d o s n a g u r a 4 . 7 . O s g a n h o s f o r a m d e t e r m i n a d o s p o r a l o c a ç ã o d o s p ó l o s d e

m a l h a f e c h a d a ( g u r a 4 . 8 ) d e f o r m a q u e q u e m o m a i s p e r t o p o s s í v e l d a o r i g e m ( p a r a u m a

o s c i l a ç ã o r e d u z i d a ) e m a i s a f a s t a d o s d o e i x o i m a g i n á r i o ( p a r a u m a r e s p o s t a m a i s r á p i d a ) .

I s s o é f e i t o d e t e r m i n a n d o o s a u t o v a l o r e s d a m a t r i z d e m a l h a f e c h a d a

A−BK cont

.

4 . 2 . 4 R e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o

A s a í d a d o c o n t r o l e P D é a t e n s ã o va . F o i r e a l i z a d a u m a s i m u l a ç ã o t r a n s f o r m a n d o e s t a

t e n s ã o p a r a P W M d e 0 - 2 4 V , a m d e i d e n t i c a r o e f e i t o d o c h a v e a m e n t o d a P o n t e - H

( d e t a l h a d a n o c a p í t u l o 3 ) n o m o t o r . O r e s u l t a d o d o c o n t r o l e P D é m o s t r a d o n a g u r a




F i g u r a 4 . 7 : P ó l o s d e m a l h a a b e r t a .

F i g u r a 4 . 8 : P ó l o s d e m a l h a f e c h a d a .

4 . 9 . A r e f e r ê n c i a é u m a o n d a s e n o i d a l c o m 5 H z d e f r e q ü ê n c i a . E s s e t i p o d e m o v i m e n t o

o s c i l a t ó r i o é e x i g i d o n o s m o t o r e s q u e m o v i m e n t a m o s c i l i n d r o s p a r a o e x p e r i m e n t o d e




i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a . U m a f o r m a d e o n d a d o e r r o e m p o s i ç ã o d a g u r a 4 . 9 é m o s t r a d a

n a g u r a 4 . 1 0 .

A g u r a 4 . 1 1 m o s t r a a s f o r m a s d e o n d a d a t e n s ã o e d a c o r r e n t e n o m o t o r . C o m o

a t e n s ã o e s t á n a f o r m a d e P W M , c o m f r e q ü ê n c i a d e 1 k H z , f o i f e i t a u m a a p r o x i m a ç ã o ,

e m u m c u r t o i n t e r v a l o d e t e m p o , d a g u r a 4 . 1 1 p a r a m o s t r a r o e f e i t o d o P W M ( g u r a

4 . 1 2 ) . F o i c o n c l u í d o q u e o e f e i t o d e a l t a f r e q ü ê n c i a d o P W M n ã o i n t e r f e r e n a d i n â m i c a

d o m o d e l o m e c â n i c o , q u e é m a i s l e n t a , s e n d o a s s i m , o a c i o n a m e n t o v i a P W M é e c a z .

F i g u r a 4 . 9 : R e s u l t a d o d o c o n t r o l e P D .




F i g u r a 4 . 1 0 : E r r o e m p o s i ç ã o d a g u r a 4 . 9 .

F i g u r a 4 . 1 1 : F o r m a s d e o n d a d a t e n s ã o e c o r r e n t e n o m o t o r .




F i g u r a 4 . 1 2 : A m p l i a ç ã o d a g u r a 4 . 1 1 p a r a m o s t r a r o e f e i t o d o P W M .



C a p í t u l o 5

S i s t e m a E m b a r c a d o d e C o n t r o l e

O s i s t e m a e m b a r c a d o d e c o n t r o l e é o m ó d u l o q u e f a z a i n t e r f a c e d o o p e r a d o r d a p l a t a f o r m a

c o m o s d i s p o s i t i v o s e l e t r o - e l e t r ô n i c o s . E s t e c a p í t u l o a p r e s e n t a o p r o j e t o d e t a l s i s t e m a ,

t e n d o c o m o b a s e a s r e s t r i ç õ e s d e t e m p o r e a l , a s i n t e r f a c e s c o m o s d i s p o s i t i v o s e l e t r o -

e l e t r ô n i c o s d e s c r i t a s n o c a p í t u l o 2 e a p o s s i b i l i d a d e d e i m p l e m e n t a ç ã o d e l e i s d e c o n t r o l e

p r o p o s t a s n o c a p í t u l o 3 .

5 . 1 V i s ã o g e r a l

U m s i s t e m a e m b a r c a d o c a r a c t e r i z a - s e p o r u m s i s t e m a q u e p o s s u a u m a f u n ç ã o e s p e c í c a .

S i s t e m a s e m b a r c a d o s t e m a c a r a c t e r í s t i c a d e l i d a r c o m o a m b i e n t e e n o r m a l m e n t e d e v e m

r e s p o n d e r r a p i d a m e n t e a e v e n t o s e t e r v á r i o s p r o c e s s o s r o d a n d o e m p a r a l e l o [ R e i s , 2 0 0 2 ] .

A l g u m a s d a s f u n ç õ e s n e c e s s á r i a s n e s t e p r o j e t o s ã o :

•L e i t u r a e d e c o d i c a ç ã o d o s d a d o s d o s e n c o d e r s ( p o s i ç ã o a n g u l a r )

•C á l c u l o d a v e l o c i d a d e d o m o t o r a p a r t i r d e u m d a d o d e p o s i ç ã o

•A r m a z e n a m e n t o d e t r a j e t ó r i a s d e r e f e r ê n c i a

•C á l c u l o d e l e i s d e c o n t r o l e

•I n t e r f a c e c o m o o p e r a d o r

U m d i a g r a m a e m b l o c o s d e u m s i s t e m a e m b a r c a d o q u e e n g l o b a a s f u n c i o n a l i d a d e s

c i t a d a s é m o s t r a d o n a g u r a 5 . 1 .

3 7



C A P Í T U L O 5 . S I S T E M A E M B A R C A D O D E C O N T R O L E 3 8

F i g u r a 5 . 1 : D i a g r a m a e m b l o c o s d o s i s t e m a e m b a r c a d o .

N a m a i o r i a d o s s i s t e m a s e m b a r c a d o s , a s r e s t r i ç õ e s d e t e m p o r e a l t o r n a m - s e i m p o r -

t a n t e s . N o c a s o e s p e c í c o d e s t e t r a b a l h o , a r e s t r i ç ã o d e t e m p o r e a l é c r u c i a l . I s t o a c o n t e c e

p o i s a l e i d e c o n t r o l e p r o j e t a d a n o d o m í n i o c o n t í n u o d e v e s e r d i s c r e t i z a d a , s e n d o o p a s s o

d e d i s c r e t i z a ç ã o ( i n t e r v a l o e n t r e d o i s v a l o r e s d i s c r e t o s n o t e m p o ) é d a o r d e m d e m i l i s e -

g u n d o s . I s t o s i g n i c a q u e a c a d a p a s s o d e v e s e r p r o c e s s a d o t o d o c o n t r o l e a m d e o b t e r

u m n o v o v a l o r d i s c r e t o q u e s e r á e n v i a d o p a r a o m o t o r . P a r a o b t e n ç ã o d a v e l o c i d a d e , n a

q u a l é p r e c i s o d e r i v a r a p o s i ç ã o m e d i d a p e l o e n c o d e r , a p r e c i s ã o d o p a s s o é c r í t i c a . E m

v i s t a d i s s o , o p r o c e s s a m e n t o d a s t a r e f a s t e m q u e d u r a r u m t e m p o m e n o r q u e o p a s s o d e

d i s c r e t i z a ç ã o e s c o l h i d o .

O p r o j e t o d e h a r d w a r e p o s s u i t a l c a r a c t e r í s t i c a : t a r e f a s r o d a n d o e m p a r a l e l o , s e n d o

q u e a c e n t r a l d e p r o c e s s a m e n t o d e v e r e s p o n d e r a e v e n t o s d e m a n e i r a s i n c r o n i z a d a . A t -

u a l m e n t e , a s l i n g u a g e n s d e d e s c r i ç ã o d e h a r d w a r e , t a i s c o m o o V H D L ( V H S I C H a r d w a r e

D e s c r i p t i o n L a n g u a g e ) , f a c i l i t a m o p r o j e t o , d e s e n v o l v i m e n t o e s i m u l a ç ã o d e s i s t e m a s d e

h a r d w a r e c a d a v e z m a i s c o m p l e x o s . P o d e - s e p r o g r a m a r t a n t o e m u m n í v e l m a i s a b s t r a t o

q u a n t o e m u m n í v e l m a i s c o n c r e t o .




P o r o u t r o l a d o , o p r o j e t o d e s o f t w a r e a i n d a é m a i s n a t u r a l p a r a a m a i o r i a d a s t a r e f a s ,

s e n d o m u i t o m a i s s i m p l e s e m t e r m o s d e p r o g r a m a ç ã o p a r a a l g u n s d o s í t e n s c i t a d o s , t a i s

c o m o a i n t e r f a c e c o m o c o m p u t a d o r . P o r t a n t o , é d e s e j á v e l q u e a l g u m a s t a r e f a s , m o s t r a d a s

n o d i a g r a m a d a g u r a 5 . 1 , f o s s e m i m p l e m e n t a d a s e m s o f t w a r e , e o u t r a s f o s s e m p r o t o t i -

p a d a s e m h a r d w a r e .

5 . 2 P l a c a d e d e s e n v o l v i m e n t o

F o i u s a d a u m a p l a c a d e d e s e n v o l v i m e n t o b a s e a d a e m F P G A ( F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e

A r r a y ) p a r a a p r o t o t i p a ç ã o d o s i s t e m a . T r a t a - s e d a p l a c a X U P V 2 P ( g u r a 5 . 2 ) d a D i g i -

l e n t I n c . [ D i g i l e n t , 2 0 0 6 a ] . E s t a p l a c a c o n t é m o F P G A V i r t e x - I I P r o X C 2 V P 3 0 , d a X i l i n x

[ D i g i l e n t , 2 0 0 6 b ] [ X i l i n x , 2 0 0 6 c ] , q u e p o s s u i 3 0 8 1 6 c é l u l a s l ó g i c a s , 1 3 6 m u l t i p l i c a d o r e s d e

1 8 b i t s , 2 4 4 8 K b d e m e m ó r i a b l o c k R A M e d o i s p r o c e s s a d o r e s P o w e r P C 4 0 5 i n t e g r a d o s n o

m e s m o e n c a p s u l a m e n t o . A l é m d i s s o , e l a p o s s u i i n ú m e r o s d i s p o s i t i v o s d e e n t r a d a e s a í d a ,

t a i s c o m o p o r t a E t h e r n e t 1 0 / 1 0 0 , s a í d a e e n t r a d a d e á u d i o , s a í d a d e v í d e o X S G A , s u p o r t e

p a r a m ó d u l o d e m e m ó r i a D I M M D D R S D R A M d e a t é 2 G b , i n t e r f a c e S A T A , i n t e r f a c e d e

m o u s e e t e c l a d o P S / 2 , i n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 , e n t r e o u t r o s . A p r o g r a m a ç ã o d e s t a p l a c a

é f e i t a a t r a v é s d e u m c a b o U S B .

U t i l i z a n d o e s s a p l a c a p o d e - s e c o n s t r u i r u m s i s t e m a e m b a r c a d o d e h a r d w a r e e s o f t -

w a r e . O h a r d w a r e , d e p o i s d e d e s c r i t o , s e r á s i n t e t i z a d o n a s c é l u l a s l ó g i c a s d o F P G A e o

s o f t w a r e s e r á e x e c u t a d o p e l o P o w e r P C . O s e s f o r ç o d a d e c i s ã o é d e t e r m i n a r q u a i s m ó d u l o s

d o d i a g r a m a p r o p o s t o s e r ã o i m p l e m e n t a d o s e m h a r d w a r e e q u a i s s e r ã o e m s o f t w a r e . F o i

d e c i d i d o q u e o s m ó d u l o s d e l e i t u r a e d e c o d i c a ç ã o d o s e n c o d e r s e g e r a ç ã o d e P W M s e r i a m

i m p l e m e n t a d o s e m h a r d w a r e . A s s i m , e s t e s m ó d u l o s p o d e m s e r e x e c u t a d o s e m p a r a l e l o

c o m o p r o c e s s a m e n t o d o s o u t r o s m ó d u l o s , q u e s e r ã o e s c r i t o s e m s o f t w a r e p a r a o P o w e r P C .

O s o f t w a r e e o h a r d w a r e d e v e m s e c o m u n i c a r p a r a t r o c a d e i n f o r m a ç õ e s . A m a n e i r a c o m o

i s s o é f e i t o s e r á m o s t r a d a m a i s a d i a n t e .

D o i s s o f t w a r e s d e d e s e n v o l v i m e n t o f o r a m u s a d o s p a r a a e s c r i t a d o c ó d i g o : o X i l i n x

I S E 8 . 2 i [ X i l i n x , 2 0 0 6 d ] , p a r a a e s c r i t a d o p r o j e t o d e h a r d w a r e e m V H D L e o X i l i n x P l a t -

f o r m S t u d i o 8 . 2 i ( X P S ) , a m b o s p r e s e n t e s n o p a c o t e E D K ( E m b e d d e d D e v e l o p m e n t K i t )

[ X i l i n x , 2 0 0 6 a ] , p a r a d e s e n v o l v i m e n t o d e p r o j e t o s b a s e a d o s e m p l a t a f o r m a , q u e u t i l i z a m




F i g u r a 5 . 2 : P l a c a X U P V 2 P [ D i g i l e n t , 2 0 0 6 b ] .

t a n t o o p r o c e s s a d o r c o m o o H D L . N a s e ç ã o 5 . 3 s e r á m o s t r a d o o p r o j e t o d e h a r d w a r e ;

n a s e ç ã o 5 . 4 s e r á m o s t r a d a a c o n s t r u ç ã o d a p l a t a f o r m a p a r a i n t e g r a ç ã o d o m ó d u l o e m

h a r d w a r e c o m o s p e r i f é r i c o s d e e n t r a d a / s a í d a ; n a s e ç ã o 5 . 5 s e r á a p r e s e n t a d o o s o f t w a r e .

5 . 3 P r o j e t o d e h a r d w a r e

O m ó d u l o e m h a r d w a r e c o n t é m l ó g i c a e m V H D L p a r a o t r a t a m e n t o d o s s i n a i s d o s e n -

c o d e r s e g e r a ç ã o d e P W M . A s s u m e - s e , p o r e n q u a n t o , q u e a i n t e r f a c e c o m o m ó d u l o s ã o

s i m p l e s m e n t e p a l a v r a s d e 3 2 b i t s d e e n t r a d a e d e s a í d a . N o n a l d a s e ç ã o s ã o m o s t r a d o s

r e s u l t a d o s d e s i m u l a ç õ e s c o m u m t e s t b e n c h .

5 . 3 . 1 L ó g i c a d e l e i t u r a e d e c o d i c a ç ã o d o s e n c o d e r s

O s s i n a i s p r o v e n i e n t e d e u m e n c o d e r s ã o m o s t r a d o s n a g u r a 5 . 3 . S ã o d u a s o n d a s

q u a d r a d a s d e f a s a d a s d e 9 0

o

p a r a d e t e r m i n a r o s e n t i d o d e r o t a ç ã o . Q u a n d o a o n d a B




T a b e l a 5 . 1 : S i n a i s d o e n c o d e r p a r a a m b o s s e n t i d o s

S e n t i d o h o r á r i o

T e m p o B A

t 0 0 0

t 1 0 1

t 2 1 1

t 3 1 0

S e n t i d o a n t i - h o r á r i o

T e m p o B A

t 0 0 0

t 1 1 0

t 2 1 1

t 3 0 1

e s t á a t r a s a d a d e 9 0

o

e m r e l a ç ã o a A , o m o t o r e s t á g i r a n d o n o s e n t i d o p o s i t i v o . S e a

o n d a B e s t á a d i a n t a d a d e 9 0

o

e m r e l a ç ã o a A , o m o t o r e s t á g i r a n d o n o s e n t i d o n e g a t i v o .

C o m o s i s t e m a m o n t a d o p o d e - s e c o n v e n c i o n a r q u a l s e n t i d o ( h o r á r i o o u a n t i - h o r á r i o ) s e r á

o p o s i t i v o .

F i g u r a 5 . 3 : S i n a i s d o s e n c o d e r s - s e n t i d o h o r á r i o ( a ) e a n t i - h o r á r i o ( b ) .

F a z e n d o u m a a m o s t r a g e m d e s s e s d o i s s i n a i s e m u m a f r e q ü ê n c i a d e p e l o m e n o s 4 v e z e s a

f r e q ü ê n c i a m á x i m a g e r a d a n o e n c o d e r

1

o b t é m - s e u m a l ó g i c a , e m c ó d i g o d e G r a y , m o s t r a d a

n a t a b e l a 5 . 1 .

O d e c o d i c a d o r c o n s i s t e e m i d e n t i c a r u m a m u d a n ç a d o v a l o r d o s c a n a i s A e B n o

t e m p o ; d e t e r m i n a r o s e n t i d o d e g i r o t e n d o o v a l o r a t u a l e o a n t e r i o r ; i n c r e m e n t a r u m

c o n t a d o r c a s o o s e n t i d o s e j a p o s i t i v o ; d e c r e m e n t a r o c o n t a d o r c a s o o s e n t i d o s e j a n e g a t i v o .

F o i u s a n d o u m c o n t a d o r d e p u l s o s d e e n c o d e r d e 3 2 b i t s . A l ó g i c a p r o p o s t a m u l t i p l i c a

p o r q u a t r o a r e s o l u ç ã o d o e n c o d e r : p a r a u m e n c o d e r d e 1 0 2 4 P P R e l a c o n t a 4 0 9 6 P P R .

E s s a l ó g i c a f o i e i m p l e m e n t a d a e m V H D L e r e p l i c a d a p a r a o s d e m a i s e n c o d e r s .

1

A f r e q ü ê n c i a m á x i m a g e r a d a n o e n c o d e r é a r e s o l u ç ã o d o e n c o d e r m u l t i p l i c a d a p e l a m á x i m a v e l o c i d a d e

( e m r p s ) q u e o m o t o r p o d e a t i n g i r




5 . 3 . 2 L ó g i c a d e g e r a ç ã o d e P W M

P a r a g e r a r u m s i n a l P W M , u m c o n t a d o r q u e i n c r e m e n t a u m v a l o r a c a d a b o r d a d e s u b i d a

d o c l o c k é c o m p a r a d o a u m a v a r i á v e l d e 1 6 b i t s , q u e r e p r e s e n t a o v a l o r d e s e j a d o d e d u t y

c y c l e d o P W M . O b i t m a i s s i g n i c a t i v o d e s t a v a r i á v e l g u a r d a o s e n t i d o d e r o t a ç ã o a s e r

f o r n e c i d o p a r a o s m o t o r e s ; o s 1 5 b i t s r e s t a n t e s g u a r d a m a m a n t i s s a . Q u a n d o o v a l o r d e s t a

v a r i á v e l é m a i o r o u i g u a l q u e a d o c o n t a d o r , o p i n o d e s a í d a d o P W M é ' 1 ' . S e a p a l a v r a

é m e n o r , a s a í d a é ' 0 ' . O b s e r v e q u e s e n a p a l a v r a c o n t é m o v a l o r m á x i m o d e d u t y c y c l e

p o s s í v e l , o v a l o r d o c o n t a d o r n u n c a s e r á m a i o r a o d a v a r i á v e l e a s a í d a é s e m p r e ' 1 ' .

P a r a o m o t o r t r i f á s i c o , t e m o s d o i s s i n a i s : o s i n a l m o d u l a d o e m P W M , c o n e c t a d o à

i n t e r f a c e D / A e o s i n a l d e s e n t i d o d e r o t a ç ã o d o m o t o r , c o n e c t a d o à i n t e r f a c e d i g i t a l ( s e ç ã o

3 . 1 . 2 ) . P a r a o s m o t o r e s d e c o r r e n t e c o n t í n u a , é f o r n e c i d o u m s i n a l d e P W M p a r a c a d a

s e n t i d o d e r o t a ç ã o ( h o r á r i o e a n t i - h o r á r i o ) p a r a c o n e x ã o n a P o n t e - H ( s e ç ã o 3 . 2 . 1 ) .

5 . 3 . 3 D e n i ç ã o d o p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o d o c o n t r o l e

O p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o d o c o n t r o l e é d e n i d o e m h a r d w a r e . C o n s i s t e e m u m r e g i s t r a d o r ,

q u e p o s s u i n a s u a e n t r a d a o s c o n t a d o r e s d o s p u l s o s d e e n c o d e r s q u e s a e m d a l ó g i c a d e

d e c o d i c a ç ã o e n a s a í d a u m r e g i s t r a d o r v i s í v e l a o s o f t w a r e . N a s e ç ã o 5 . 4 s e r á m o s t r a d o

c o m o o s o f t w a r e a c e s s a o h a r d w a r e . O q u e c o m p r e e n d e a d e n i ç ã o d o p a s s o e m h a r d w a r e

é q u e a o r e g i s t r a d o r q u e t e m o s c o n t a d o r e s d e e n c o d e r s p o s s u i e m s e u s i n a l d e c l o c k

2

u m

d i v i s o r d o c l o c k r e a l , q u e é u m b i t d e u m c o n t a d o r q u e é i n c r e m e n t a d o a c a d a p a s s o d e s t e

c l o c k .

A c o n t e c e q u e s o m e n t e a c a d a p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o é q u e e s t ã o d i s p o n í v e i s d a d o s

n o v o s d e p o s i ç ã o . S e n d o a f r e q ü ê n c i a d e u m d i v i s o r d e c l o c k c a l c u l a d a p o r

clk

2n+1 , o n d e

n

é o b i t d o c o n t a d o r , o c á l c u l o d o p a s s o

hé :

h =2n+1

clk( 5 . 1 )

P a r a n = 17

t e m o s u m p a s s o h = 0, 00262144

, o q u e é a d e q u a d o p a r a o c o n t r o l e .

2

Q u a n d o o s i n a l d e c l o c k d e u m r e g i s t r a d o r é a t i v a d o , o d a d o d e e n t r a d a é p r o p a g a d o p a r a a s a í d a




5 . 3 . 4 R e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o

O m ó d u l o e m h a r d w a r e f o i i m p l e m e n t a d o e m V H D L ( p w m _ e n c . v h d , c o n t i d o n o A p ê n d i c e

A ) e c o n s i s t e n a l ó g i c a d e d e c o d i c a ç ã o d e e n c o d e r e g e r a ç ã o d e P W M . F o i s i m u l a d o u t i -

l i z a n d o o s i m u l a d o r i n t e r n o d o s o f t w a r e X i l i n x I S E . P a r a i s t o é c r i a d o u m a r q u i v o d e

t e s t b e n c h o n d e s ã o i m p l e m e n t a d o s o s e s t í m u l o s a o m ó d u l o . F o i g e r a d o u m s i n a l d e c l o c k

( c l k ) d e 1 0 0 M H z ( g u r a 5 . 4 ) , s e n d o q u e n a g u r a n ã o é p o s s í v e l v i s u a l i z á - l o p o i s e s t á e m

u m a f r e q ü ê n c i a m u i t o m a i s a l t a q u e a s f r e q ü ê n c i a s d o s o u t r o s s i n a i s , s e n d o r e p r e s e n t a d o

d a f o r m a m o s t r a d a . F o i g e r a d a u m a o n d a c o r r e s p o n d e n t e a o s i n a l d o e n c o d e r ( b o t a o 1

e b o t a o 2 ) , n o s e n t i d o h o r á r i o , e u m a p a l a v r a ( m 1 _ p w m _ w o r d ) c o m o v a l o r c o r r e s p o n -

d e n t e à 5 0 % d o c i c l o d o P W M f o i e n t r e g u e a l ó g i c a d e g e r a ç ã o d e P W M . O r e s u l t a d o é

m o s t r a d o n a g u r a 5 . 4 . P e r c e b e - s e q u e o c o n t a d o r d o e n c o d e r ( e n c o d e r 1 ) e a s a í d a P W M

( m 1 _ p w m _ o u t _ h o r ) t e m o r e s u l t a d o e s p e r a d o .

F i g u r a 5 . 4 : R e s u l t a d o d o m ó d u l o d e h a r d w a r e .

5 . 4 C o n s t r u ç ã o d a P l a t a f o r m a

5 . 4 . 1 C r i a ç ã o d a p l a t a f o r m a d e h a r d w a r e

O s o f t w a r e X P S ( X i l i n x P l a t f o r m S t u d i o ) f o r n e c e u m a m a n e i r a s i m p l e s d e i n t e g r a r o h a r d -

w a r e ( m ó d u l o e m V H D L ) c o m o s o f t w a r e q u e r o d a n o P o w e r P C ( s e ç ã o 5 . 5 ) . E s t e s o f t w a r e

p o s s u i u m a b i b l i o t e c a d e c o r e s , f e i t o s e m l i n g u a g e m d e d e s c r i ç ã o d e h a r d w a r e , q u e i m p l e -

m e n t a m o s d r i v e r s p a r a t o d o s o s d i s p o s i t i v o s e n c o n t r a d o s n a s p l a c a s d e d e s e n v o l v i m e n t o .




A t r a v é s d e s t e s o f t w a r e p o d e s e r m o n t a d a e c o n g u r a d a u m a p l a t a f o r m a , q u e c o n s i s t e e m

u m a a r q u i t e t u r a o n d e e s t ã o c o n t i d o s t o d o s o s m ó d u l o s n e c e s s á r i o s p a r a a a p l i c a ç ã o . O

X P S f o r n e c e o s u p o r t e p a r a a i n t e g r a ç ã o e c o m p i l a ç ã o d o s o f t w a r e , b e m c o m o d o m ó d u l o

e m h a r d w a r e c o n s t r u í d o ( s e ç ã o 5 . 3 ) .

O B a s e S y s t e m B u i l d e r W i z a r d ( B S B ) [ X i l i n x , 2 0 0 6 b ] f o i a f e r r a m e n t a u s a d a p a r a a

c o n s t r u ç ã o d a p l a t a f o r m a . E l a j á c o n t é m i n f o r m a ç õ e s s o b r e a s p l a c a s d e d e s e n v o l v i m e n t o ,

t o r n a n d o s i m p l e s a c o n g u r a ç ã o . A o a b r i r o s o f t w a r e X P S o B S B é a o p ç ã o r e c o m e n d a d a

p a r a c r i a ç ã o d a p l a t a f o r m a . S e l e c i o n a - s e p a r a c r i a r u m n o v o p r o j e t o , e m s e g u i d a c o l o c a n d o

o n o m e d o p r o j e t o ( m o t o r ) . F o i s e l e c i o n a d a a p l a c a X U P V 2 P ( g u r a 5 . 5 ) , n a q u a l p o d e - s e

u t i l i z a r d o i s t i p o s d e p r o c e s s a d o r e s : M i c r o b l a z e e P o w e r P C ( g u r a 5 . 6 ) . O P o w e r P C é u m

p r o c e s s a d o r h a r d c o r e q u e e s t á n o m e s m o e n c a p s u l a m e n t o d o F P G A V i r t e x - I I P r o , s e n d o

e s t e o e s c o l h i d o .

F i g u r a 5 . 5 : E s c o l h a d a p l a c a X U P V 2 P .

A p r ó x i m a t e l a ( g u r a 5 . 7 ) m o s t r a a c o n g u r a ç ã o f e i t a p a r a o P o w e r P C , q u e c o m -

p r e e n d e a f r e q ü ê n c i a d o c l o c k e b a r r a m e n t o , t a m a n h o d a s m e m ó r i a s d e d a d o s e p r o g r a m a ,

i n s t a n c i a ç ã o d a c a c h e e i n t e r f a c e p a r a d e b u g .




F i g u r a 5 . 6 : P r o c e s s a d o r e s d i s p o n í v e i s p a r a a a r q u i t e t u r a .

N a s p r ó x i m a s t e l a s ( g u r a s 5 . 8 e 5 . 9 ) s ã o i n s t a n c i a d o s o s p e r i f é r i c o s d a p l a c a . F o r a m

n e c e s s á r i o s d o i s p e r i f é r i c o s s o m e n t e : a i n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 ( g u r a 5 . 8 ) p a r a c o m u -

n i c a ç ã o c o m o P C e a m e m ó r i a D D R d e 2 5 6 M b ( g u r a 5 . 9 ) p a r a a r m a z e n a m e n t o d a s

t r a j e t ó r i a s d e r e f e r ê n c i a . A i n t e r f a c e s e r i a l é c o n g u r a d a p o s t e r i o r m e n t e c o m o e n t r a d a e

s a í d a p a d r ã o , s e n d o q u e q u a l q u e r c o m a n d o d e i m p r e s s ã o d o s o f t w a r e s e r á e n v i a d o p e l a

s e r i a l .

A p ó s e s t e s p a s s o s , s ã o s e l e c i o n a d o s m a i s d e t a l h e s q u e n ã o s e r ã o m o s t r a d o s p o r n ã o

c o n t r i b u í r e m p a r a o e n t e n d i m e n t o d e s t e t r a b a l h o , q u e p o d e m s e r c o n s u l t a d o s n a d o c u -

m e n t a ç ã o d a X i l i n x [ X i l i n x , 2 0 0 6 b ] .

A p l a t a f o r m a c r i a d a é m o s t r a d a n a g u r a 5 . 1 0 . N o t e a p r e s e n ç a d o s d o i s p r o c e s s a d o r e s

P o w e r P C , s e n d o q u e s o m e n t e u m s e r á u s a d o . E l e e s t á c o n e c t a d o a o b a r r a m e n t o P L B

( P r o c e s s o r L o c a l B u s ) , d o s p e r i f é r i c o s d e m a i s a l t a v e l o c i d a d e . A m e m ó r i a D D R t a m b é m

e s t á c o n e c t a d a n e s t e b a r r a m e n t o . O b a r r a m e n t o O P B c o n e c t a o s p e r i f é r i c o s d e m a i s b a i x a

v e l o c i d a d e , c o m o a i n t e r f a c e R S - 2 3 2 .




F i g u r a 5 . 7 : C o n g u r a ç ã o d o P o w e r P C .

5 . 4 . 2 I n c l u s ã o d o m ó d u l o d o u s u á r i o

O m ó d u l o d o u s u á r i o ( s e ç ã o 5 . 3 ) é i n c l u í d o n a p l a t a f o r m a c o m o u m p e r i f é r i c o d o u s u á r i o .

F o i c r i a d o o p e r i f é r i c o n o m e n u H a r d w a r e - > C r e a t e a n d I m p o r t P e r i p h e r a l W i z a r d d o

X P S ( g u r a 5 . 1 1 ) . E s t e p e r i f é r i c o , a p ó s c r i a d o , j á p o s s u i t o d a l ó g i c a d e i n t e r f a c e c o m

o b a r r a m e n t o O P B , a t r a v é s d o m ó d u l o O P B I P I F ( I P I n t e r f a c e ) . A i n t e r f a c e d o c ó d i g o

V H D L c o m o I P I F é f e i t a p e l o U s e r L o g i c , q u e s e c o m u n i c a c o m o I P I F a t r a v é s d e s i n a i s

c h a m a d o s I P I C ( I P I n t e r c o n n e c t I n t e r f a c e ) . O s m ó d u l o s d e i n t e r f a c e s ã o a p r e s e n t a d o s n a

g u r a 5 . 1 2

A p l a t a f o r m a f o i c r i a d a n o d i r e t ó r i o C : \

p l a t a f o r m a s \

f u r g \

. O n o v o p e r i f é r i c o ( m o t o r )

é c r i a d o n o d i r e t ó r i o p c o r e s \

m o t o r _ v 1 _ 0 0 _ a \

( g u r a 5 . 1 3 ) . O d i r e t ó r i o v h d l c o n t é m o

a r q u i v o s m o t o r . v h d , q u e é a e n t i d a d e t o p o q u e i m p l e m e n t a o p e r i f é r i c o , e o u s e r _ l o g i c . v h d ,

q u e é o c ó d i g o V H D L q u e f a z a i n t e r f a c e d o m ó d u l o c o m o I P I F . E s t a i n t e r f a c e é f e i t a

a t r a v é s d e r e g i s t r a d o r e s d e e s c r i t a e l e i t u r a . O a r q u i v o u s e r _ l o g i c . v h d d e v e s e r m o d i c a d o

p a r a f a z e r a i n t e r f a c e c o m o m ó d u l o .




F i g u r a 5 . 8 : I n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 .

F i g u r a 5 . 9 : M ó d u l o d e M e m ó r i a D D R 2 5 6 M b .

O m ó d u l o f o i c h a m a d o d e p w m _ e n c . v h d e c o l o c a d o t a m b é m n o d i r e t ó r i o v h d l . D e v e - s e

m o d i c a r o s a r q u i v o s m o t o r _ v 2 _ 1 _ 0 . m p d e m o t o r _ v 2 _ 1 _ 0 . p a o p a r a i n s e r ç ã o d o c ó d i g o

p w m _ e n c . v h d n o p e r i f é r i c o m o t o r . A l é m d i s s o , a s e n t r a d a s e s a í d a s d o m ó d u l o d e v e m




F i g u r a 5 . 1 0 : P l a t a f o r m a c r i a d a n o X P S .

F i g u r a 5 . 1 1 : C r i a ç ã o d o p e r i f é r i c o .

s e r c o n e c t a d a s n a s e n t r a d a s e s a í d a s f í s i c a s d a p l a c a . I s s o é m o s t r a d o c o m d e t a l h e s n o

A p ê n d i c e A .

F e i t o i s t o , o p e r i f é r i c o j á p o d e s e r i n s e r i d o n a p l a t a f o r m a e c o n e c t a d o a o b a r r a m e n t o

o p b ( g u r a 5 . 1 4 ) .




F i g u r a 5 . 1 2 : I n t e r f a c e c o m o b a r r a m e n t o .

F i g u r a 5 . 1 3 : L o c a l i z a ç ã o d o p e r i f é r i c o .

5 . 5 S o f t w a r e d o P o w e r P C

A o s o f t w a r e d o P o w e r P C s ã o a t r i b u í d a s a s t a r e f a s d e i m p l e m e n t a ç ã o d a l e i d e c o n t r o l e ,

c á l c u l o d a v e l o c i d a d e e t r a t a m e n t o d o s c o m a n d o s d o u s u á r i o . O s o f t w a r e é c o n s t r u í d o e m

l i n g u a g e m C , c o m a l g u m a s p a r t i c u l a r i d a d e s p o r s e t r a t a r d e u m p r o g r a m a e m b a r c a d o ,

s e n d o q u e a s f u n ç õ e s d e e n t r a d a e s a í d a s ã o d i f e r e n c i a d a s . T o d o s p e r i f é r i c o s s ã o m a p e a -

d o s , s e n d o q u e o a c e s s o a o h a r d w a r e é f e i t o p o r p o n t e i r o s a l o c a d o s p a r a a c e s s a r c a d a

d i s p o s i t i v o . A p r o g r a m a ç ã o é f e i t a n o m e s m o a m b i e n t e d o p r o g r a m a X P S ( g u r a 5 . 1 5 ) .

5 . 5 . 1 C á l c u l o d a v e l o c i d a d e

A v e l o c i d a d e n o m o t o r é c a l c u l a d a d a s e g u i n t e f o r m a ( e q . 5 . 2 ) :

˙θ =

θ − θant

h( 5 . 2 )




F i g u r a 5 . 1 4 : I n s e r ç ã o d o p e r i f é r i c o c r i a d o .

F i g u r a 5 . 1 5 : S o f t w a r e P o w e r P C

o n d e :

θ- v e l o c i d a d e a n g u l a r

(rad/s)

θ- p o s i ç ã o a n g u l a r n o i n s t a n t e a t u a l

(rad)

θant - p o s i ç ã o a n g u l a r n o i n s t a n t e a n t e r i o r (rad)

h- p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o ( s )




O c á l c u l o d a v e l o c i d a d e é f e i t o a c a d a i n t e r v a l o d e n i d o p e l o p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o ,

a s s i m c o m o o c o n t r o l e . A s p o s i ç õ e s d o s e n c o d e r s s ã o l i d a s d o m ó d u l o e m h a r d w a r e e

c a l c u l a d a s p e l o s o f t w a r e d a m a n e i r a m o s t r a d a .

5 . 5 . 2 I m p l e m e n t a ç ã o d a L e i d e C o n t r o l e

U m a l e i d e c o n t r o l e d o t i p o P D , e m t e n s ã o , t e m a f o r m a m o s t r a d a n a e q u a ç ã o 5 . 3 .

v = K p(θR − θ) + K d(θR − θ)( 5 . 3 )

O s v a l o r e s d a s p o s i ç õ e s e v e l o c i d a d e s , n o c a s o r e a l , e s t ã o e m r a d e r a d / s . C o m o a

u n i d a d e d e m e d i d a d o s e n c o d e r s é P u l s o s p o r R e v o l u ç ã o ( P P R ) , é n e c e s s á r i a u m a r e l a ç ã o

e n t r e a m e d i d a d o e n c o d e r e a p o s i ç ã o a n g u l a r e m r a d i a n o s . A e q u a ç ã o 5 . 4 f o r n e c e e s t a

r e l a ç ã o .

θ =θe ∗ 2π

r( 5 . 4 )

o n d e :

θ- p o s i ç ã o a n g u l a r ( r a d )

θe - p o s i ç ã o a n g u l a r ( p u l s o s d e e n c o d e r )

r- r e s o l u ç ã o d o e n c o d e r ( P P R )

P o r é m , o s â n g u l o s e a t e n s ã o r e p r e s e n t a d o s n o r m a l m e n t e p o r n ú m e r o s r e a i s ( p o n t o

u t u a n t e ) , n ã o p o d e m s e r r e p r e s e n t a d o s d e s s a f o r m a n o s o f t w a r e d o P o w e r P C , p o i s e l e

n ã o s u p o r t a e s s e t i p o d e o p e r a ç ã o . T o d o c á l c u l o f o i b a s e a d o e m n ú m e r o s n a r e p r e s e n t a ç ã o

d e p o n t o x o . A r e p r e s e n t a ç ã o d e p o n t o x o a s s u m e u m n ú m e r o d e 3 2 b i t s n a f o r m a

20.12

o n d e o l u g a r d o p o n t o s e p a r a a p a r t e i n t e i r a ( 2 0 b i t s ) d a p a r t e f r a c i o n á r i a ( 1 2 b i t s ) . O

n ú m e r o 2 , 3 é r e p r e s e n t a d o n a f o r m a

00000000000000000010

20bits

. 010011001100

12bits

t e n d o c o m o b a s e a r e p r e s e n t a ç ã o d e p o n t o x o u s a d a . A p a r t i r d a p r e c i s ã o d o e n c o d e r

f o i d e t e r m i n a d a q u e a p a r t e f r a c i o n á r i a t e r i a 1 2 b i t s e 2 0 b i t s s e r i a m d e d i c a d o s a p a r t e




i n t e i r a . P a r a f a c i l i t a r o c á l c u l o , t o d a s p a r c e l a s d e d i v i s ã o f o r a m i n c o r p o r a d a s n o s g a n h o s ,

p a r a q u e p o s s a m s e r r e a l i z a d a s a p e n a s d u a s m u l t i p l i c a ç õ e s i n t e i r a s . A e q u a ç ã o c o u n e s t e

f o r m a t o :

v = C p(θR − θ) + C d(θR − θ)( 5 . 5 )

C p = trunc

2πK pr

∗ 212

( 5 . 6 )

C d = trunc

2πK dh ∗ r

∗ 212

( 5 . 7 )

o n d e :

θe θr - p o s i ç ã o a n g u l a r ( p u l s o s d e e n c o d e r )

θe

θE - v e l o c i d a d e a n g u l a r ( p u l s o s d e e n c o d e r * h )

h- p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o ( s )

r- r e s o l u ç ã o d o e n c o d e r ( P P R )

K p e K d - g a n h o s r e a i s

C p

e C

d- g a n h o s e p a r c e l a s d e c o n v e r s ã o i n c o r p o r a d a s

v- t e n s ã o e m p o n t o x o ( V )

P o s t e r i o r m e n t e o v a l o r d e t e n s ã o d e v e s e r c o n v e r t i d o p a r a u n i d a d e s d e P W M e c o l o c a d o

n o r e g i s t r a d o r d e e n t r a d a d a l ó g i c a d e g e r a ç ã o d e P W M . A c a d a p a s s o d e d i s c r e t i z a ç ã o o

s o f t w a r e c a l c u l a r á u m n o v o v a l o r d a l e i d e c o n t r o l e p a r a c a d a a t u a d o r .

5 . 5 . 3 A r m a z e n a m e n t o d a s t r a j e t ó r i a s

A s t r a j e t ó r i a s

3

s ã o e n v i a d a s d o P C à p l a c a d e F P G A a t r a v é s d a i n t e r f a c e s e r i a l R S - 2 3 2 .

E l a s s ã o p r e v i a m e n t e e n v i a d a s e a r m a z e n a d a s n a m e m ó r i a D D R d a p l a c a . D e p o i s q u e a s

t r a j e t ó r i a s e s t ã o t o d a s n a m e m ó r i a j á é p o s s í v e l a t i v a r a l e i d e c o n t r o l e , q u e i r á l e r d a

m e m ó r i a D D R a s p o s i ç õ e s e v e l o c i d a d e s d e r e f e r ê n c i a . O a c e s s o à m e m ó r i a D D R t a m b é m

é f e i t o p o r u m p o n t e i r o a l o c a d o n a p o r ç ã o d e e n d e r e ç a m e n t o l ó g i c o d e s t e p e r i f é r i c o .

3

Â n g u l o s d e p o s i ç ã o e v e l o c i d a d e d e r e f e r ê n c i a d o s a t u a d o r e s




A s p o s i ç õ e s e v e l o c i d a d e s s ã o p a l a v r a s d e 3 2 b i t s , m a s c o m o a i n t e r f a c e s e r i a l s ó e n v i a

p a l a v r a s d e 8 b i t s , e s t a p a l a v r a d e v e s e r d i v i d i d a e m 4 p a r a o e n v i o . A s v e l o c i d a d e s e

p o s i ç õ e s d e r e f e r ê n c i a j á s ã o e n v i a d a s p e l o P C n a s u n i d a d e s d e p u l s o s d e e n c o d e r , s e n d o

q u e a c o n v e r s ã o m o s t r a d a n a s e ç ã o a n t e r i o r d e v e s e r f e i t a n o s o f t w a r e q u e é e x e c u t a d o n o

P C .



C a p í t u l o 6

C o n c l u s ã o

E s t e t r a b a l h o a p r e s e n t o u u m a p r o p o s t a p a r a o s i s t e m a d e c o n t r o l e d a p l a t a f o r m a d e r e -

b o q u e d a F U R G . T r a t a - s e d e u m t r a b a l h o m u i t o a m p l o e q u e n ã o f o i c o m p l e t a m e n t e

c o n c l u í d o , p o r é m e s t á e m f a s e b a s t a n t e a v a n ç a d a . O p r o j e t o e l e t r o - e l e t r ô n i c o f o i c o n -

c l u í d o e t e s t a d o s e p a r a d a m e n t e , a p r e s e n t a n d o r e s u l t a d o s s a t i s f a t ó r i o s p a r a a a p l i c a ç ã o .

O p r o j e t o d e c o n t r o l e a p r e s e n t o u b o n s r e s u l t a d o s d e s i m u l a ç ã o . A r o b u s t e z d o p r o j e t o d e

c o n t r o l e s ó p o d e s e r a v a l i a d a n o s i s t e m a r e a l , c o m a e s t r u t u r a m e c â n i c a d a p l a t a f o r m a

m o n t a d a , o q u e n ã o f o i f e i t o n o d e c o r r e r d o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e t r a b a l h o . E s t i m a - s e

q u e a l g u m a s m o d i c a ç õ e s p o d e m s e r n e c e s s á r i a s , c o m o a i n s e r ç ã o d e u m a c o m p o n e n t e

i n t e g r a l p a r a m e l h o r a c o m p a n h a m e n t o d a t r a j e t ó r i a d e r e f e r ê n c i a . O s i s t e m a e m b a r c a d o

d e c o n t r o l e e s t á e m f a s e a d i a n t a d a , c o m o s m ó d u l o s d e l e i t u r a e d e c o d i c a ç ã o t e s t a d o s e m

s i m u l a ç ã o . F o i p r o p o s t a u m a e s t r a t é g i a p a r a c á l c u l o d a v e l o c i d a d e e i m p l e m e n t a ç ã o d a s

l e i s d e c o n t r o l e e m s o f t w a r e , s e n d o n e c e s s á r i o o t e s t e e x p e r i m e n t a l p a r a v a l i d a ç ã o d e s t a

e s t r a t é g i a .

O d e s e n v o l v i m e n t o d e s t e t r a b a l h o e n v o l v e u d i v e r s a s á r e a s d o c o n h e c i m e n t o , t a i s c o m o

e l e t r ô n i c a a n a l ó g i c a , d i g i t a l e d e p o t ê n c i a , T e o r i a d o C o n t r o l e , d e s c r i ç ã o d e h a r d w a r e

c o m V H D L , p r o g r a m a ç ã o e m C . A l é m d i s s o f o i n e c e s s á r i o o c o n h e c i m e n t o d e d i v e r s a s

f e r r a m e n t a s p a r a s i m u l a ç ã o d e c i r c u i t o s e l e t r ô n i c o s e o s s o f t w a r e s u s a d o s p a r a a p r o -

g r a m a ç ã o d a p l a c a F P G A . D u r a n t e o d e s e n v o l v i m e n t o d o t r a b a l h o m u i t a s d i c u l d a d e s

a p a r e c e r a m , p r i n c i p a l m e n t e n o â m b i t o d a e l e t r ô n i c a , p o r n ã o s e t r a t a r d a m i n h a á r e a

e s p e c í c a d e f o r m a ç ã o . A p e s a r d a s d i c u l d a d e s , o t r a b a l h o p r o p o r c i o n o u m u i t o c o n h e c i -

m e n t o n e s t a s d i v e r s a s á r e a s , o q u e c o n t r i b u i u m u i t o p a r a m i n h a f o r m a ç ã o d e E n g e n h e i r o

5 4



C A P Í T U L O 6 . C O N C L U S Ã O 5 5

d e C o m p u t a ç ã o .

T r a b a l h o s F u t u r o s

U m a s u g e s t ã o p a r a a c o n t i n u a ç ã o d e s t e t r a b a l h o :

•I m p l e m e n t a ç ã o d a l e i d e c o n t r o l e e m b a r c a d a ;

•C o n e x ã o d o s s e n s o r e s e i n t e r f a c e s d o s m o t o r e s n a p l a c a F P G A ;

•E s t a b e l e c i m e n t o d e u m p r o t o c o l o p a r a o s c o m a n d o s e n v i a d o s p e l o u s u á r i o ;

• I m p l e m e n t a ç ã o d a l ó g i c a d e t r a t a m e n t o d e c o m a n d o s d o u s u á r i o n o s o f t w a r e d o

P o w e r P C ;

•I m p l e m e n t a ç ã o d e u m s o f t w a r e p a r a e n v i o d e t r a j e t ó r i a s n o P C e i n t e r f a c e c o m o

u s u á r i o d o s i s t e m a ;

•R e a l i z a ç ã o d e t e s t e s e x p e r i m e n t a i s c o m o s m o t o r e s e m l a b o r a t ó r i o , u t i l i z a n d o a s l e i

d e c o n t r o l e ;

•R e a l i z a ç ã o d e t e s t e s c o m a p l a t a f o r m a m o n t a d a ;

•I n v e s t i g a ç ã o d o u s o d e c o m u n i c a ç ã o d o F P G A c o m o P C v i a r e d e E t h e r n e t ;

•P r o v e r d i s p o s i t i v o s d e s e g u r a n ç a b a s e a d o e m s e n s o r e s m - d e - c u r s o e c o n e x ã o d e

s e u s s i n a i s à p l a c a F P G A ;



B i b l i o g r a a

[ B a z a n e l l a a n d d a S i l v a J r , 2 0 0 5 ] B a z a n e l l a , A . S . a n d d a S i l v a J r , J . M . G . ( 2 0 0 5 ) . S i s -

t e m a s d e c o n t r o l e : p r i n c í p i o s e m é t o d o s d e p r o j e t o . E d i t o r a d a U F R G S , 1 s t e d i t i o n .

[ B O S C H , 2 0 0 6 ] B O S C H ( 2 0 0 6 ) . C a t á l o g o d o m o t o r g p c 9 1 3 0 4 5 1 1 2 7 . D i s p o n í v e l e m :

< h t t p : / / w w w . c a s a f e r r e i r a . c o m . b r / p d f / G P C 4 5 1 1 2 7 . p d f > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ C h a n g , 1 9 9 7 ] C h a n g , K . C . ( 1 9 9 7 ) . D i g i t a l d e s i g n a n d m o d e l i n g w i t h V H D L a n d s y n t h e -

s i s . I E E E C o m p u t e r S o c i e t y P r e s s , 1 s t e d i t i o n .

[ C o e l h o a n d P i n t o , 2 0 0 6 ] C o e l h o , J . F . L . a n d P i n t o , W . T . ( 2 0 0 6 ) . C o n s t r u ç ã o d e u m

c a n a l d e t e s t e s p a r a e s t u d o d e i n t e r a ç ã o u i d o - e s t r u t u r a . I n I I S e m i n á r i o e W o r k s h o p

e m E n g e n h a r i a O c e â n i c a .

[ C o m p o s u l , 2 0 0 6 ] C o m p o s u l ( 2 0 0 6 ) . E n c o d e r c e s 0 0 1 7 5 . D i s p o n í v e l e m :

< h t t p : / / w w w . c o m p o s u l . c o m . b r > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ D i g i l e n t , 2 0 0 6 a ] D i g i l e n t ( 2 0 0 6 a ) . D i s p o n í v e l e m : < h t t p : / / w w w . d i g i l e n t i n c . c o m > . A c e s -

s a d o e m 1 2 / 2 0 0 6 .

[ D i g i l e n t , 2 0 0 6 b ] D i g i l e n t ( 2 0 0 6 b ) . V i r t e x - i i p r o d e v e l o p m e n t s y s -

t e m . D i s p o n í v e l e m < h t t p : / / w w w . d i g i l e n t i n c . c o m / P r o d u c t s / D e t a i l . c f m

? N a v 1 = P r o d u c t s & N a v 2 = P r o g r a m m a b l e & P r o d = X U P V 2 P > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ D u n n , 2 0 0 3 ] D u n n , J . ( 2 0 0 3 ) . D e t e r m i n i n g M O S F E T D r i v e r N e e d s f o r M o t o r D r i v e A p -

p l i c a t i o n s . M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . D i s p o n í v e l e m : < w w w . m i c r o c h i p . c o m > . A c e s s o

e m : 0 7 / 2 0 0 6 .

[ E u r o d r i v e , 1 9 9 9 ] E u r o d r i v e , S . ( 1 9 9 9 ) . S E W E n c o d e r S y s t e m s M a n u a l . S E W E u r o d r i v e ,

0 7 / 1 9 9 9 e d i t i o n .

5 6



B I B L I O G R A F I A 5 7

[ E u r o d r i v e , 2 0 0 4 ] E u r o d r i v e , S . ( 2 0 0 4 ) . L i n h a E l e t r ô n i c a ( C a t á l o g o ) . S E W E u r o d r i v e ,

0 7 / 2 0 0 4 e d i t i o n . 9 8 6 4 5 0 5 / B P .

[ E u r o d r i v e , 2 0 0 5 ] E u r o d r i v e , S . ( 2 0 0 5 ) . M O V I T R A C

R

L T E - G u i a r á p i d o p a r a c o l o c a ç ã o

e m o p e r a ç ã o . S E W E u r o d r i v e , 0 1 / 2 0 0 5 e d i t i o n . 9 8 7 4 9 0 9 / B P .

[ E U R O D R I V E , 2 0 0 6 ] E U R O D R I V E , S . ( 2 0 0 6 ) . D i s p o n í v e l e m :

< h t t p : / / w w w . s e w . c o m . b r > A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ E u r o d r i v e , 2 0 0 6 ] E u r o d r i v e , S . ( 2 0 0 6 ) . M o t o r e d u t o r e s ( C a t á l o g o ) . S E W E u r o d r i v e ,

0 2 / 2 0 0 6 e d i t i o n . 1 0 5 4 1 7 8 0 / B P .

[ F r a n k l i n a n d P o w e l l , 1 9 9 4 ] F r a n k l i n , G . F . a n d P o w e l l , J . D . ( 1 9 9 4 ) . F e e d b a c k c o n t r o l o f

d y n a m i c s y s t e m s . A d d i s o n - W e s l e y , 3 r d e d i t i o n .

[ I O R , 2 0 0 6 ] I O R ( 2 0 0 6 ) . I r f z 4 4 n h e x f e t

R p o w e r m o s f e t d a t a s h e e t . D i s p o n í v e l e m :

< h t t p : / / w w w . i r f . c o m > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ J r . a n d K e m m e r l y , 1 9 7 5 ] J r . , W . H . H . a n d K e m m e r l y , J . E . ( 1 9 7 5 ) . A n á l i s e d e C i r c u i t o s

e m E n g e n h a r i a . M c G r a w - H i l l , 1 s t e d i t i o n .

[ K o s o w , 1 9 7 9 ] K o s o w , I . L . ( 1 9 7 9 ) . M á q u i n a s E l é t r i c a s e T r a n s f o r m a d o r e s . G l o b o .

[ M a l v i n o , 1 9 9 5 ] M a l v i n o , A . P . ( 1 9 9 5 ) . E l e t r ô n i c a , v o l u m e 1 . M a k r o n B o o k s , 4 n d e d i t i o n .

[ R e i s , 2 0 0 2 ] R e i s , R . A . L . ( 2 0 0 2 ) . C o n c e p ç ã o d e C i r c u i t o s I n t e g r a d o s , v o l u m e 7 o f L i v r o s

D i d á t i c o s . E d i t o r a S a g r a L u z z a t t o , 2 n d e d i t i o n .

[ R o s a , 2 0 0 2 ] R o s a , V . S . ( 2 0 0 2 ) . C o n s t r u ç ã o d e u m r o b ô c o m u m Ú n i c o e l o e x í v e l .

M o n o g r a a d e C o n c l u s ã o d o C u r s o d e E n g e n h a r i a d e C o m p u t a ç ã o .

[ X i l i n x , 2 0 0 6 a ] X i l i n x ( 2 0 0 6 a ) . E d k 8 . 2 i d o c u m e n t a t i o n . D i s p o n í v e l e m :

< h t t p : / / w w w . x i l i n x . c o m / i s e / e m b e d d e d / e d k _ d o c s . h t m > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .

[ X i l i n x , 2 0 0 6 b ] X i l i n x ( 2 0 0 6 b ) . E d k b a s e s y s t e m b u i l d e r ( b s b ) s u p p o r t f o r x u p v 2 p b o a r d .

D i s p o n í v e l e m : < h t t p : / / w w w . d i g i l e n t i n c . c o m / D a t a / P r o d u c t s / X U P V 2 P / X U P V 2 P

_ B a s e _ S y s t e m _ B u i l d e r . p d f > . A c e s s o e m : 1 2 / 2 0 0 6 .



B I B L I O G R A F I A 5 8

[ X i l i n x , 2 0 0 6 c ] X i l i n x ( 2 0 0 6 c ) . X i l i n x i n c . t h e p r o g r a m m a b l e l o g i c c o m p a n y . D i s p o n í v e l

e m : < h t t p : / / w w w . x i l i n x . c o m > . A c e s s o e m 1 2 / 2 0 0 6 .

[ X i l i n x , 2 0 0 6 d ] X i l i n x ( 2 0 0 6 d ) . X i l i n x i s e 8 . 2 i s o f t w a r e m a n u a l a n d h e l p . D i s p o n í v e l

e m : < h t t p : / / w w w . x i l i n x . c o m / s u p p o r t / s w _ m a n u a l s / x i l i n x 8 2 / i n d e x . h t m > . A c e s s o e m :

1 2 / 2 0 0 6 .



A n e x o A - L i s t a d e p a r â m e t r o s d o

c o n v e r s o r d e f r e q ü ê n c i a



T o d a s a s g u r a s f o r a m r e t i r a d a s d e [ E u r o d r i v e , 2 0 0 5 ] .



A p ê n d i c e A - L i s t a g e m d o s p r o g r a m a s

f o n t e

projeto e implementação de um sistema de controle de plataforma da furg

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