[PRJ32][Christopher] Aula 14 – controle

Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.

https://naogostoufazoseu.com/2016/04/22/brasil-o-pais-do-bom-o-suficiente/

O Brasil possui uma cultura da acomodação: o

famoso "Não precisa ser bom, basta estar no

mesmo nível que os outros".

Aula 14(13) – Controle

+ ExemplosMSc. Christopher S. Cerqueira


Antes de começar...

O que vocês fizeram essa semana?


Cronograma das Apresentações (Christopher)

Aula 1 22/02 Apresentação

Aula 4 14/03 Arduino e suas capacidades, Sensores MEMS,

Programação na IDE Arduino e Matlab.

Aula 6 28/03 SmallSats, Software Embarcado e o papel da

computação no ciclo de vida espacial.

Aceitação de Software ( HIL).

Aula 14 02/05 Programando controle por eventos e dinâmicos

no Arduino


Objetivos de hoje


Agenda

▪ Motivador

▪ Conceitos de Engenharia de Controle

▪ Realimentação (Malha Aberta x Malha Fechada)

▪ Sistema Geral de Controle

▪ Modelagem

▪ Funções de Transferência – Diagrama de Blocos

▪ PID

▪ Controle por Eventos

▪ Exemplos de uso


Motivador


http://www.maelabs.ucsd.edu/mae156alib/control/PID-Control-Ardunio.pdf

http://brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

Conceitos de Engenharia de Controle


[Realimentação]


Sistema A

Sistema B

-

x(t) y(t)

Sinal de Referência Saída medida

[Realimentação] Malha Aberta

▪ Sistemas que não tem sensores, ou pontos de realimentação.

▪ Ex.:

▪ máquina de lavar ( quem confere se a roupa está limpa ou não? São presetsestipulados pelos construtores das máquinas ---- dentro podem ter sistemas realimentados de malha fechada)

▪ Sistema de irrigação.

▪ Usado em sistemas BEM definidos. (temporização, triggers)


Sistema BSistema A

x(t) y(t)

[Realimentação] Malha Fechada

▪ Sistemas com sensores, pontos de observação, e sinais que retroalimentam com dados para ajuste do funcionamento.

▪ Ex.: controles de torque, movimento, níveis químicos, biológicos, etc..

▪ Usado em sistemas que precisam de ajustes. (sensores, “inteligência”, atuadores)

▪ Exemplo clássico: Controle (mecânico) de velocidade de uma caldeira a vapor.


Sistema A

Sistema B

-

x(t) y(t)

revolução industrial no século XVIII

Sistema Geral de Controle

▪ Dado um modelo do sistema (planta) a ser controlado, deve-se encontrar um controlador adequado.


Sistema

Controlador

SensoresAtuadores

perturbações

monitores comandos

controles medições

“reais” “reais”

Elementos abstratos Elementos sistêmicos

Sistema Geral de ControleAlguns itens para pensar:

1. O sistema deve ser sempre estável?

2. A saída do sistema deve rastrear o sinal de comando na entrada?

3. A saída do sistema não deve responder a distúrbios?

4. Qual deve ser o desempenho? (resposta adequada, atenua perturbações)

5. Como especificar o controlador?

1. Linear, simples, eficiente? Qual a metodologia do projeto? Quais as técnicas de controle?

6. Quais ferramentas computacionais devo usar?

Modelagem


Sistema

Descrição da

natureza do

fenômeno

Identificação

através de

ensaios

*equações diferenciais

*equações lógicas

*parametrizações e iterações

Modelo do

Sistema

A observar: Simplicidade x Acurácia

*real * Funções de transferências

* Funções lógicas

Função de Transferência

▪ Relação matemática entre saída e entrada de um sistema.

▪ Transformada de Laplace Transforma do domínio do tempo para o domínio da frequência. (t) (s)

▪ Esta transformação facilita as contas, ao invés de derivadas/integrais usam-se operações algébricas.

▪ S é uma variável complexa do tipo:


Função de

Transferência

G(s)

X(s) Y(s)𝐺 𝑠 =

𝑌(𝑠)

𝑋(𝑠)

𝑠 = 𝜎 + 𝑗𝜔

* Dúvidas perguntem ao ajudante do dia (no intervalo): Wagner Mahler

𝐺 𝑠 =𝑠2 + 5𝑠 + 6

𝑠3 + 15𝑠2 + 50𝑠Ex.:

Pólos: 0;-5;-10 (terceira ordem)

Zeros: -3,-2

[Função de Transferência] Diagrama de Blocos

▪ Representação das funções de transferência de maneira diagramática.


Paralelos (open-loop)

Cascatas (open-loop)

Feedback (closed-loop)

PID – Proporcional-Integral-Derivativo

▪ P -> Compensador de ganho (constante)

▪ I -> Atrasa a ação da função (diminui erro no regime permanente, pode oscilar)

▪ D -> Adianta a ação da função (melhora estabilização, reduz acomodação no transitório)


http://www.dca.ufrn.br/~meneghet/FTP/Controle/scv20071.pdf P = força bruta

I = Ajuste fino

D = Inteligência

PI

PD

PID

https://www.youtube.com/watch?v=JEpWlTl95Tw

Output = k*error

reset = reset + k/tau_i*error

Output = k*error + reset

Output = k*error + k/tau_i*

(error – lastError)

LastError =error

https://web.fe.up.pt/~cjr/Mestrado/Anexo%20A%20.pdf

PID – Exemplo Matlab

http://www.fem.unicamp.br/~em621/aulas/aula18/na18exemplos.pdf

Controle por Eventos

▪ Utilização de lógicas, heurísticas, métricas, avaliações de estados, para decidir a reação do sistema, ou até ajustar os parâmetros do controlador dinâmico.


MotivadorWe are back!


http://www.maelabs.ucsd.edu/mae156alib/control/PID-Control-Ardunio.pdf

http://brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

Como foi feito?

Estabilização

em posiçãoGyro/AccRodas

perturbações

monitores comandos

Atuadores Sensores

“reais” “reais”

Controlador

Sistema(planta)


PID

Fluxograma SW

Get Sensor

Data

• yaw/pitch/roll

• Euler (psi,theta,phi)

Identify

error

• How far from the

desired is?

Handle

Wheels

• Given the error, what

moviment should I

do?!euler - 10.31 ; 1.13 ; -4.86

ypr - 10.31 ; 0.24 ; 4.98

areal - 437 ; -510 ; -1115

aworld - 360 ; -483 ; -1153

e = referencia - ValorMedido

IntErro = IntErro + e

a = A*e + B*e1 + C*IntErro

e1 = e

Exemplos

Engenharia Espacial

http://techcrunch.com/2016/04/30/spacex-so-close-it-singes-your-eyebrows/

Grasshopper Falcon9


Biologia

Sistema Respiratório


Aviação

Flight Auto-pilot


Automobilístico

Carro Robótico Google Self-Driving


Estado da Arte

6DOF PID SWARMS

SWARMS Atlas


Para se aprofundar:

▪ Dynamic Systems and Control ( MIT openCourseWare):

▪ http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-241j-dynamic-systems-and-control-spring-2011/

▪ Feedback Control Systems:

▪ http://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-30-feedback-control-systems-fall-2010/

▪ Apostila de Simulink (slides – noob-level):

▪ http://emerald.tufts.edu/~rwhite07/PRESENTATIONS_REPORTS/simulink.pdf

▪ Apostila de Arduino ( bem completo):

▪ http://www.telecom.uff.br/pet/petws/downloads/tutoriais/arduino/Tut_Arduino.pdf

▪ Notas de Aula: Fundamentos do Controle Clássico

▪ http://www.labspot.ufsc.br/~aguinald/ensino/eel7063/controle.pdf

Muito B

om


http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-241j-dynamic-systems-and-control-spring-2011/

http://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-30-feedback-control-systems-fall-2010/

http://emerald.tufts.edu/~rwhite07/PRESENTATIONS_REPORTS/simulink.pdf

http://www.telecom.uff.br/pet/petws/downloads/tutoriais/arduino/Tut_Arduino.pdf

http://www.labspot.ufsc.br/~aguinald/ensino/eel7063/controle.pdf

Como me encontrar:

▪ E-mail (se urgente): [email protected]

▪ Site: http://cscerqueira.com.br

▪ Para dúvidas MUITO maiores:

INPE – Prédio Satélite - Sala 95

Ramal: 3208-7321

www.cscerqueira.com.br/moodleMoodle


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