61ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

CONTROLE ADAPTATIVO DE UM SERVO MOTOR UTILIZANDO FILTRO DE KALMAN ESTENDIDO DE TEMPO DISCRETO

Ive Regina Gomes Dourado 1 José Ruben Sicchar Vilchez 1 Pedro Borges de Bastos 1 Heitor Judiss Savino 1 Diego de Araújo Carvalho 1

1. Universidade do Estado do Amazonas/UEA

INTRODUÇÃO:

O controle de servomecanismos de tempo contínuo mediante a metodologia de controle convencional tem evoluído ao longo do tempo, com diversas aplicações em desempenho de respostas no domínio de tempo, bem como na resposta e análise de estabilidade no domínio da freqüência. Porém, observa-se que, à medida que são acrescentados mais sinais de entrada e de saída, aumenta a complexidade da modelagem dinâmica de controle. No caso particular de um servo motor, uma forma adequada de modelar o sistema de controle é considerar todas as não linearidades existentes no sistema. A efetivação desta técnica dá-se através de controladores PD/PID. Mas, quando o conhecimento acerca dos parâmetros mecânicos do servo motor é limitado, pode-se lançar mão da conhecida técnica de controle adaptativo, onde um algoritmo de identificação é usado para estimar os parâmetros do modelo do sistema, possibilitando, desta forma, a obtenção da resposta do servo motor a partir da estimação preditiva do seu modelo matricial de representação de estados nos cenários de funcionamento operacional. O objetivo deste projeto é programar e implementar este controlador adaptativo no servo motor para que se possa verificar a otimização da resposta de controle de posição com relação ao controle convencional.

METODOLOGIA:

A metodologia empregada neste projeto contemplou atividades de implementação física, planejamento, programação, simulação e verificação científica. Inicialmente, foi realizada a implementação do sistema físico de controle com Controlador Lógico Programável da marca Telemecanique, modelo TSX 3722. Em seguida, foi feito o projeto e o desenvolvimento do algoritmo de controle preditivo usando a metodologia de programação de sistemas de controle adaptativos com filtros de Kalman. Foi feita a simulação do algoritmo de controle usando o software Matlab versão 7.0 e a implementação experimental foi desenvolvida primeiramente de forma simulada e depois, diretamente no servo motor através de uma interface de controle distribuído. A verificação científica foi feita através da execução prática do algoritmo de controle de otimização.

RESULTADOS:

Obteve-se a resposta do sistema implementado de um controlador PID, tendo este, como finalidade, tornar o sobre sinal da resposta transitória (na forma de uma saída ao degrau, com amplitude de tensão aplicada) uma curva criticamente amortecida. Foram obtidos ganhos aceitáveis para sua estabilidade aplicando-se o critério de alocação de pólos de malha fechada, em função da identificação dos parâmetros de desempenho do motor. Foi obtida, ainda, a resposta do servo motor implementado de um algoritmo de controle preditivo, via um filtro de Kalman de tempo discreto, onde a estrutura do filtro foi aplicada em cima da modelagem dinâmica de estados do motor. Foram realizadas previamente, para este fim, a identificação estocástica dos parâmetros do sistema em estudo, adotando-se um modelo ARMAX, para a representação do sistema. Para análise dos resultados, foram comparadas as duas respostas dinâmicas obtidas do servo motor (uma com controle convencional e outra com o preditivo) A previsão do nível da corrente e posição avaliados tiveram uma razoável margem de aceitação durante esta validação experimental em função dos estados e do erro co-variante de desempenho. Portanto, notou-se a eficácia do algoritmo aplicado.

CONCLUSÃO:

Este trabalho propôs a implementação de um controle de posição de um servo motor através de um algoritmo de controle adaptativo. O projeto foi escolhido devido a sua vasta aplicabilidade no ensino de controle de sistemas nos cursos de engenharia mecatrônica, mecânica e elétrica, com acionamento e supervisão locais e remotos. Através dos resultados obtidos, foi possível concluir que o controlador atendeu plenamente às expectativas de projeto no sentido de que possibilitou a obtenção de uma resposta melhor do que a obtida com um controlador tradicional. Além das atividades de simulação em software, a estruturação mecânica também às necessidades do projeto, o que possibilitou a obtenção de um resultado satisfatório.

Instituição de Fomento: FAPEAM

Palavras-chave: Servomecanismo, Controle de posição, Filtro de Kalman.