Detalhes do projeto - Controle de Estabilidade PID

Olá, amigos!

Voltamos com alguns detalhes do projeto.

Qual o problema? Como resolver? O que esperamos ao final? Cronograma de montagem? Esquema?
Essas e outras informações você encontrará detalhadas abaixo.

Integrantes?

• André Miatto - RA 004201200252
• Bruno Siqueira - RA 004201201065
• Dario Hernandez - RA 004201401427
• Fabio Gargantini - RA 004201200145
• Henrique Roberto - RA 004201200107

Qual o problema?
Pendulo Invertido - O projeto que será apresentado sob a forma de um pêndulo invertido oferece, devido à sua natureza instável, um grande desafio para o projeto de um sistema de controle. Pode-se encontrar o mesmo modelo em diversos usos práticos e sofisticados atualmente como, por exemplo, sistemas de controle de lançamento de foguetes, controle de estabilidade de drones etc.

Como resolver?
Controle PID - Este projeto pretende, com auxilo da plataforma Arduíno, projetar e implementar um modelo de pêndulo invertido, representado por um robô de duas rodas capaz de manter-se equilibrado através de um controle implementado com a técnica PID.

O que esperamos ao final?
O objetivo deste projeto é adquirir conhecimento em diversas áreas das ciências exatas e tecnológicas, tais como: física, mecânica, eletrônica, afim de coletar informações suficientes para o projeto e para a implementação de um robô móvel do tipo pêndulo invertido, capaz de manter-se equilibrado sobre 2 rodas, utilizando como base eletrônica o Arduíno e um sensor do tipo acelerômetro.

Cronograma do projeto?

Se não dá pra explicar em palavras, usamos imagens:

• **Em breve**

Esquema elétrico?

Se não dá pra explicar em palavras, usamos imagens²:

Componentes?

Para a implementação do projeto, utilizaremos:

• 1 - Arduíno UNO R3;
• 1 - Acelerômetro + Giroscópio - GY-80;
• 2 - Servo Motor SG90 - Tower Pro ("Hackeado" para motor CC com redução);
• 1 - Drive Ponte H - L298;
• 4 - Pilhas AAA 1,5V (Alimentação Arduíno);
• 1 - Bateria 9V (Alimentação Drive L298);
• 1 - Estrutura Papelão + Palitos Madeira;

Continuem acompanhando para mais informações!

Um abraço!

Controlador PID (proportional-integral-derivative controller)

Olá, amigos!

Como comentado na publicação anterior, nosso projeto de controle de estabilidade será baseado em controle PID mas... O que é isso? 

Deixo abaixo um breve resumo desta técnica fantástica que usaremos.

O Controlador proporcional integral derivativo, controlador PID ou simplesmente PID, é uma técnica de controle de processos que une as ações derivativa, integral e proporcional, fazendo assim com que o sinal de erro seja minimizado pela ação proporcional, zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa.

É baseado na resposta da modelagem matemática de uma malha de processo a ser controlada.

Na prática os PID são encontrados no interior de controladores eletrônicos chamados "single-loop", muitas vezes com microprocessadores, e também através de software em Controladores programáveis e outros equipamentos de controle.

Resumindo o funcionamento de um PID, temos que uma grandeza precisa ser controlada (no nosso caso, uma posição). Para manter essa grandeza sob controle precisamos de algumas informações:

1. Valor desejado – Set-Point (SP);
2. Valor real ou valor do processo (PV);
3. Algoritmo de controle.

Com base nessas informações, o controlador compara o valor desejado (SP) com o valor do processo (PV - Leitura do acelerômetro) e determina, com base no algoritmo de controle, o valor de correção na saída do controlador para que o valor do processo (PV) se aproxime do valor desejado (SP).

Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

Controle de Estabilidade - PID

Voltamos! :)

Neste 7°sem do curso de Engenharia Elétrica faremos uso do tão comentado Arduíno.

Nosso projeto será um controle de estabilidade, controlado pelo Arduíno Uno e recebendo sinais de um Acelerômetro.

Acompanhem nossas postagens que logo traremos mais informações e detalhes.

Um grande abraço!

Atualização 3 - "W44"

 Estamos no ultimo final de semana antes da apresentação... Depois de todos os problemas que encontramos, temos até agora nossa querida bicicleta, gerador CA funcionando plenamente e o retificador entregamos 5V com toda beleza. Hora de exercitar nossa criatividade!

Nos reunimos durante todo o final de semana que antecedeu a apresentação dos projetos. Praticamente acampamos na casa de um dos companheiros de equipe e, voltando de onde paramos, nossa ideia foi implementar um "BAR GRAPH"... Até aí tudo simples... Mas, ele vai mostrar o sinal do que? rs

Nossa ideia inicial era alimentar um aparelho sonoro e, como tínhamos 5V disponíveis, anexamos duas saídas USB no circuito retificador para alimentar um celular e também uma caixa de som amplificada. Tudo com a força das pedaladas! 

Após a retificação, uma das saídas USB recarrega o celular do usuário enquanto a outra alimenta o amplificador sonoro. O sinal do BAR GRAPH é baseado na saída amplificada que alimenta os auto falantes. Para a aplicação, utilizamos um CI 3915 e um resistor de 1K e potenciômetro de 10K

E depois de um final de semana cheio de trabalho, estanho e muita bagunça...

O projeto!

Em breve, o vídeo da montagem e funcionamento!

Um abraço!

Atualização 2 - "W42"

Olá, caros amigos!

Estamos na semana 42 e agora devemos juntar esse amontoado de componentes.

E, sem dúvida, o ponto que gostaríamos de destacar foi o suporte da universidade na montagem dos projetos. Todos os professores cederam, pelo menos, uma de suas aulas para nos auxiliar na montagem e reunião dos integrantes de equipe. Sem dúvida, este foi um grande diferencial no segundo semestre! :)

Enfim, vamos a montagem!

Primeiramente gostaria de apresentar a nova integrante do grupo! Ela não é aluna de engenharia... Na verdade, é inanimada... Mas em nosso grupo não existe qualquer tipo de preconceito e, destacamos a importância de cada componente, tenha ele vida ou não...

Natural de Paulínia (interior de SP), da familia Caloi, nossa companheira de equipe é uma grande "metaleira" carregando consigo um adesivo da banda Iron Maiden! Nada mais justo, afinal, esta é nossa "Dama de Ferro"!

Bem, vamos as fotos! 

Circuito retificador 

"Tem certeza que era esse o componente?"

Simulação do esquema no Protheus - Programinha salvador!

Mas nem tudo são rosas... No início do projeto nossa ideia era alimentar um aparelho de som automotivo, mas após a substituição do alternador por um dínamo, também enfrentamos o desafio com a limitação de corrente. No caso, sem o auxilio de amplificação, não conseguiríamos alimentar o aparelho de som. Como a ideia era ter um sistema autônomo, uma alimentação externa não entrou em cogitação. Desta forma alteramos o projeto para um gerador CA com retificação...
Até aí tudo bem, mas... O que fazer com a corrente continua após a retificação?
"Vamos fazer um tacógrafo!" Bradou um dos integrantes. E aí iniciamos uma jornada para entender o funcionamento e formas de implementar a ideia.

Basicamente, o circuito do tacógrafo seria alimentado pela tensão retificada.
Com o auxilio de um flip-flop em "toggle", acionaríamos um "555" que faria a contagem do tempo entre cada volta da bicicleta. O acionamento do FF seria pelo pulso de um sensor acoplado no aro da bike.
A quantidade de tempo do 555, seria o endereço de uma memória EPRON, pré programa com as velocidades da bicicleta (tudo calculado pela velocidade angular da roda). No detalhe, mediríamos o tempo entre cada passagem pelo sensor, sabendo qual o perímetro da roda...
Fizemos alguns cálculos e, teoricamente, tudo funcionaria... Porém após a aquisição da memória, descobrimos que o gravador da universidade não funcionava devido a falta do driver... O periférico de gravação não cedeu, mesmo com o auxílio dos responsáveis de TI e laboratório de eletrônica da USF Campinas...

Ficamos chateados com o acontecido mas, ainda tínhamos alguns dias, e a retificação estava OK. Façamos então um "BAR GRAPH"!

Mais detalhes nas próximas publicações!

Um abraço!

Atualização 1 - "W40"

Olá, companheiros de curso!

Finalmente retornamos com as atualizações do blog e seguimento do projeto...
Muita coisa já rolou, mas poderemos explicar aqui cada um dos passos e dificuldades encontradas ao longo destas ultimas semanas...

Após melhor avaliação do alternador, identificamos a inviabilidade em nosso projeto. Isso devido ao fato da alta rotação que é necessária para o Alternador converter a energia mecânica em elétrica. Considerando que a cada volta do motor, a transmissão praticamente dobra essa rotação no alternador, teríamos um n° de voltas na casa de 2000RPM. Apesar do grupo ser composto por atletas natos, percebemos ser inviável atingir essa rotação em uma bicicleta. rs

Com isso o passo foi adquiri um dínamo de bicicleta. Os indivíduos mais novos podem não conhecer, mas garanto que foi um componente de muito sucesso antes das lanternas de LED... De toda forma, excelente aquisição para a equipe pois, com baixa rotação, já consegue entregar 12V em CA.

Olha o "meninão" aí! Entregando 12V e 0,5A!

O dínamo é constituído por um imã fixo em um eixo móvel, ao redor deste eixo existe uma bobina (fio condutor enrolado, constituindo um conjunto de espiras). Não existe contato físico entre o imã e a bobina. No caso do dínamo de bicicleta, o movimento de rotação da roda é transferido para o eixo do dínamo. É um gerador de eletricidade, um aparelho que transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica.

Sabemos hoje que a variação de campo magnético gera corrente elétrica. No dínamo o imã gira com a bobina ao seu redor. Este movimento gera a variação do campo magnético do imã, surgindo então, uma corrente elétrica no conjunto de espiras da bobina. Esta corrente elétrica é utilizada para acender o farol do bicicleta, um LED qualquer ou, como você verá ao longo do projeto, alimentar um determinado circuito...

Cronograma de atividades...

Detalhamento das tarefas que serão realizadas... 

Atualizaremos o blog quinzenalmente com novas informações do projeto. 

Fiquem ligados!!!