Florianpolis, 4 de Maio de 2015

Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Automao e Sistemas DAS 5151 Instrumentao em Controle

Laboratrio 3 Controle HIL de uma planta empregando Arduino

Professor: Rodolfo da Costa Flesh

Alunos: Guilhermo Keiji Saito Lucas Narcizo Gobetti Rubens Hardt Junior

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1. Objetivo

O objetivo principal deste laboratrio verificar como funciona a implementao de um

controlador em um dispositivo microcontrolado (Arduino). Ao invs de ser empregada uma

planta real, ser empregada a ideia de hardware in the loop (HIL), com uma planta simulada no

computador e controlador efetivamente implementado em um dispositivo microcontrolado.

2. Materiais

Arduino Mega 2560

Placa de aquisio de sinais NI-USB 6009

Cabos para conexo eltrica

Software criado em LabVIEW com simulao dinmica da planta

3. Montagem do experimento

Para a identificao do modelo o experimento foi montado como mostrado na

imagem abaixo. Nele a entrada AI0 da placa USB-6009 em uma sada analgica do Arduino. A

sada analgica AO0 ad placa USB-6009 foi conectada a uma entrada analgica do Arduino.

Esse sinal representara a tenso medida na planta.

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4. Atividades Realizadas

4.1. Identificao do sistema

Para a identificao do sistema utilizamos o LabVIEW fornecido. Configuramos as portas de entrada e sada analgicas empregadas. Criamos o programa no Arduino conforme descrito no enunciado. O cdigo mostrado abaixo.

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Os dados coletados so mostrados abaixo.

A partir dos dados discretos obtidos pelas respostas aos degraus de 1V e 0V em

sequncia realizados acima conseguimos aproximar o comportamento da planta um modelo contnuo de primeira ordem, uma ordem baixa que apresenta simplicidade em seu projeto. O procedimento algbrico est descrito abaixo:

= 1 = 0.479 =

0.300

() =

+ 1

=

= 0.479

63% = 0.30177

[] = 63% = 106 = = 31.8

G(s) =0,479

38,1s + 1

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Abaixo est a resposta do modelo encontrado a um degrau unitrio:

Como o controlador deve ser implementado em um microcontrolador, ou seja, como um controlador digital, aps validarmos o modelo encontrado fizemos a converso do mesmo um modelo discreto atravs de um sustentador de ordem zero.

G(z) = (1 z1) Z {G(s)

s}=

0,004498

z0,9906

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4.2. Projeto do controlador

O controlador foi projetado com o auxlio da ferramenta rltool do MATLAB de forma que atenda todas as especificaes em malha fechada que so tempo de assentamento de 50 segundos ou mais rpido, seguimento de referncia com erro nulo em regime permanente e capacidade de rejeio de perturbaes constantes em regime permanente como pode ser visto na figura abaixo.

Porm para evitar a saturao do sinal de controle e sobressinal o ganho do sistema em malha fechada foi diminudo aumentado assim o tempo de assentamento para mais de 50 segundos. J para rejeio de perturbao e seguimento de referncia foi inserido um integrador.

Com isso obtemos o seguinte controlador discreto:

(z) = 38,587(z 0,952)

(z 1)

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4.3. Implementao do controlador Na implementao do controlador fizemos mais um software no arduno em que lamos

e atuvamos atravs das I/O analgicas, alm de monitorar os resultados atravs da porta serial do arduno.

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Por fim, analisando os resultados da implementao do cdigo planta,

podemos observar o controle da amplitude em volta da referncia apresentada (1V), porm com uma oscilao de 10%. Esse erro deve-se grande abstrao oriunda da modelagem de primeiro grau da planta.

Outro modelo da planta, com um maior grau, e outro projeto de controlador so alternativas para melhorar os resultados, porm a experincia teve sucesso na proposta de estabelecer um maior contato instrumentao e utilizao de microcontroladores aos discentes.