CONTROLE DE UM MOTOR CC UTILIZANDO UM TACOGERADOR

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)

Seminário de Laboratório de Controle Automático (CTR-04)

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CONTROLE DE UM MOTOR CC UTILIZANDO UM TACOGERADOR

Bárbara Ramos de Oliveira^[1]

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET-MG, Leopoldina, MG

Carolina Mariquito Machado^[2]

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET-MG, Leopoldina, MG

Marina Mariquito Machado^[3]

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET-MG, Leopoldina, MG

Resumo. Este trabalho trata do desenvolvimento de um controlador PI utilizando um tacogerador como sensor para realimentação do sistema. O sistema foi identificado com auxílio do MATLAB, e três métodos de sintonia de PID diferentes foram utilizados: CHR, Integral do Erro e IMC. Os controladores foram implementados no Arduino e os resultados foram comparados, com o método CHR apresentando melhores resultados.

Palavras-chave.  Tacogerador, Controlador, Sintonia, Arduino

1. Introdução

A utilização de sistemas de controle automático se encontra difundida no dia a dia de todas as sociedades desenvolvidas. Tais sistemas agem como elementos decisivos na tentativa de se obter progresso e desenvolvimento. Pode-se afirmar que o controle automático num processo produtivo tem a finalidade de otimizar os sistemas capazes de produzir bens com menor custo, com maior quantidade, em menor tempo e com maior qualidade. Atualmente, a Automação Industrial é uma realidade em quase todas as fábricas no mundo. Dentre as diversas demandas para controle automático de processos estão o controle de pressão, temperatura, umidade, nível e ainda diversos tipos de operação que utilizam motores, como por exemplo, esteiras, robôs de montagem e soldagem, carros autônomos, e etc.

Quando se opera motores de qualquer tipo numa indústria, geralmente a principal variável controlada é a velocidade. Alguns tipos de sensores podem ser utilizados na aferição da velocidade, entre eles o tacogerador, também conhecido como dínamo taquimétrico ou tacômetros.

Essencialmente, um tacogerador é um sensor analógico de velocidade, utilizado em controle e automação em servomecanismos de malha fechada. Este dispositivo é na maioria das vezes acoplado diretamente ao eixo do motor cuja velocidade se pretende controlar, podendo também ser acoplado por correia ou engrenagem.

O tacogerador é aplicado no servo controle de máquinas operatrizes de controle numérico, no acionamento de máquinas têxteis, aceleradores, freio de elevadores, comando e regulagem para ajustes finos que dependem da variação da velocidade e outras aplicações que requerem velocidade contínua e extremamente controlada.

O tacogerador nada mais é do que um gerador de corrente contínua (CC) de ímã permanente acoplado mecanicamente no eixo em que se deseja medir a velocidade. Embora seja mais utilizado para medir a velocidade angular em máquinas rotativas, pode-se utilizá-lo para medir a velocidade linear de máquinas como automóveis, locomotivas entre outras, sendo que para esse tipo de aplicação é necessário saber o diâmetro da roda em questão. Quando em rotação, o gerador CC gera uma tensão de saída que é proporcional a velocidade do seu eixo.

As características de um bom tacogerador são:

• Linearidade: taxa de variação da velocidade ser igual em toda sua gama;
• Mínimo tempo de resposta;
• Mínima ondulação;
• Reversibilidade (idênticas constantes de velocidade qualquer que seja o sentido de rotação);
• Distorções mínimas relativas a temperatura e a causas mecânicas.

Este trabalho consiste no desenvolvimento um sistema de controle Proporcional Integral (PI) de um protótipo de um tacogerador. O protótipo consiste em dois motores de corrente contínua, onde um opera como motor e outro como tacogerador, sendo estes, acoplados por correia. Segue-se nos tópicos seguintes o desenvolvimento e os resultados obtidos no projeto.

1. Fundamentação Teórica

Para que o projeto de controle de um sistema seja satisfatório, é extremamente importante que se conheça o comportamento do sistema. Porém na maioria das vezes, esses sistemas são “caixas pretas”, pois não existe uma descrição exata do seu comportamento.

A identificação de sistemas é uma área do conhecimento que estuda técnicas alternativas da modelagem matemática. Uma das características dessas técnicas é que pouco ou nenhum conhecimento prévio do sistema é necessário e, consequentemente, tais métodos são também referidos como modelagem ou identificação caixa preta ou modelagem empírica.

Em muitos casos é preferível usar técnicas de identificação para se obter modelos que descrevam o comportamento de um sistema. O que se pretende descrever com tais modelos são as relações de causa e efeito entre as variáveis de entrada e de saída. Nesse caso, o tipo de modelo, as técnicas usadas e os requisitos necessários são bastantes distintos dos correspondentes na modelagem pela natureza do processo.

OGATA (1993), definiu o modelo matemático de sistemas dinâmicos como sendo o conjunto de equações que representam a dinâmica de um sistema precisamente bem. O modelo matemático é o primeiro passo para a representação de modelos dinâmicos, sendo considerada a parte mais importante para a identificação.

Pode-se representar um modelo com dezenas de equações, mas, para casos onde a precisão não é necessária, convém a utilização de modelos simplificados. Segundo OGATA (1993) é preferível, inicialmente, a utilização de um modelo simplificado para descrever um comportamento básico do processo e posteriormente, se necessário, aumentar gradativamente a complexidade do modelo.

Num processo de entrada única e saída única (SISO, single-input single-output), a Função de Transferência relaciona a Transformada de Laplace de uma variável resposta (saída ou efeito) com a Transformada de Laplace de uma variável de entrada (perturbação ou manipulada ou carga ou causa). Ela é obtida a partir do modelo linear do processo, esquematizado como mostrado na Figura 1.

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Figura 1: Esquema de um processo SISO.

2.1        Métodos de Identificação

Neste trabalho, foi utilizado o método de resposta ao degrau. Neste método, uma entrada degrau é aplicada ao sistema de comportamento desconhecido, e dados na saída do sistema são recolhidos na maioria das vezes, por meio de sensores. O sistema estudado neste projeto é o motor e o sensor que recolhe os dados é o tacogerador.