O CONTROLE PID DE ROTAÇÃO DE UM MOTOR DC
Por: Oscar Fujita • 3/8/2021 • Monografia • 1.976 Palavras (8 Páginas) • 151 Visualizações
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Felipe Alves Cardenete 1160257
Oscar Haruo Fujita 1160338
Rodolfo Rosendo 1168681
CONTROLE PID DE ROTAÇÃO DE UM MOTOR DC
São Paulo – SP
2016
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 3
1.1. OBJETIVO 3
1.2. ENCODER 3
1.3. ARDUÍNO 4
1.4. CONTROLE PID 4
1.5. MODULAÇÃO DE LARGURA DE PULSO 4
2. PROJETO 5
2.1. LISTA DE MATERIAIS 5
3. CIRCUITO 7
3.1. ENCODER 7
3.2. MOTOR 8
4. PROGRAMAÇÃO 9
5. INTERFACE COM LABVIEW 10
6. CONTROLE PID 12
7. CONCLUSÃO 13
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 14
APÊNDICE – CÓDIGO IMPLEMENTADO NO ARDUÍNO 15
1. INTRODUÇÃO
1.1. OBJETIVO
O objetivo do trabalho é realizar o controle de rotação de um motor DC através da técnica de controle PID. Para tanto foi utilizado um encoder juntamente a um microcontrolador. Foi realizado o projeto e a implementação de um controle de rotação de um motor DC através do controle PID. O sistema consiste basicamente de um motor acoplado sobre uma base de madeira que contém um encoder, juntamente à um foto transistor e um foto diodo, além de um Arduíno, que neste caso realizou o controle da rotação deste motor DC.
1.2. ENCODER
Um encoder é um equipamento que detecta o movimento de rotação de um motor ou de uma peça. Em relação a sua resolução, temos que o sistema de leitura é baseado em um disco, formado por janelas radiais transparentes e opacas, alternadas. Este é iluminado perpendicularmente por uma fonte de luz infravermelha, quando então, as imagens das janelas transparentes são projetadas no receptor. O receptor converte essas janelas de luz em pulsos elétricos. A resolução do encoder incremental é dada por pulsos/revolução, ou seja, o encoder gera uma quantidade de pulsos elétricos por uma revolução.
Para determinar a resolução basta dividir o número de pulsos por 360º, por exemplo, um encoder fornecendo 1024 pulsos/ revolução, geraria um pulso elétrico a cada 0,35º mecânicos.
A precisão do encoder incremental depende de fatores mecânicos, elétricos e ambientais, que são: erros na escala das janelas do disco, excentricidade do disco, excentricidade das janelas, erro introduzido na leitura eletrônica dos sinais, temperatura de operação e nos próprios componentes transmissores e receptores de luz. Após a coleta de dados destes pulsos, o mesmo foi tratado com o uso de um controlador denominado Arduíno (modelo MEGA).
1.3. ARDUÍNO
Arduíno é uma plataforma de computação open-source baseada em um controlador com entradas e saídas tanto digitais como analógicas. Possui um próprio ambiente de desenvolvimento que implementa a Linguagem C. O Arduino pode ser usado para desenvolver objetos interativos autônomos ou pode ser conectado a um software em seu computador.
1.4. CONTROLE PID
O controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) é uma técnica de controle em malha fechada muito utilizada em sistemas de controle industriais. Esse método consiste no cálculo do valor do erro do sistema e aplicar as ações proporcional, integral e derivativo para eliminar o erro estacionário e melhorar as características do sistema a medida que o tempo passa.
1.5. MODULAÇÃO DE LARGURA DE PULSO
A técnica de modulação de largura de pulso (PWM) é uma técnica empregada em diversas áreas da eletrônica. Este método é utilizado em fontes chaveadas, controle de velocidade de motores, controle de luminosidade e diversas outras aplicações. Além disso, é possível realizar o controle de potência através da modulação da largura do pulso de uma onda quadrada.
2. PROJETO
O protótipo desenvolvido consiste em um motor com um encoder infravermelho acoplado, utilizando-se de um arduíno para execução do controle PID e contagem de passos e de uma interface em LABVIEW para definição do setpoint e supervisão das variáveis mensuradas.
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Figura 1 - Estrutura composta por motor e encoder
2.1. LISTA DE MATERIAIS
- Motor DC 10V
- Foto diodo infravermelho
- Foto transistor infravermelho
- Matriz de contatos
- Fios
- Fonte de alimentação 10V
- Encoder Incremental
- Resistores
- Mosfet IRF640
- Opto acoplador 4N25
- Arduíno MEGA
3. CIRCUITO
3.1. ENCODER
O encoder se utiliza de um conjunto emissor-receptor infravermelho para detecção dos passos do motor, sendo o emissor um led infravermelho e o receptor um fototransistor infravermelho. Quando o caminho entre o emissor e o receptor está livre, o valor medido no coletor do fototransistor (entrada analógica) é de 3.5V, ao passo que um caminho obstruído resulta em um valor de 5V.
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Figura 2 - Circuito do Encoder
A contagem de pulsos é feita utilizando-se um intervalo de tempo de 25ms; o contador incrementa quando há mudança do estado de bloqueio para o estado livre e vice-versa, totalizando 16 pulsos por revolução. Dessa forma, a conversão do número de pulsos medido para rotações por segundo é feita através da fórmula:
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