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A forma mais rápida, menos custosa, e segura para avaliar o desempenho de diferentes estratégias de controlo é através de um ambiente virtual simulado em tempo real, capaz de representar de forma fidedigna o comportamento das grandezas físicas que deseja-se controlar. Neste contexto, a técnica de simulação com hardware-in-the-loop (HIL), tem um importante destaque pelo facto de parte do loop de simulação ser composto por modelos puramente virtuais, enquanto as restantes partes consistem em componentes de hardware do sistema físico completo. Nesta dissertação este conceito foi aplicado utilizando como hardware um microcontrolador Arduino UNO, para o desenvolvimento de uma bancada de teste capaz de realizar técnicas de simulação em tempo real, com ênfase em 2 sistemas de atuação muito utilizados a nível industrial: motor de corrente contínua e um cilindro hidráulico de duplo efeito. Com isso, foi desenvolvida uma ferramenta computacional que permite testar o desempenho de diferentes estratégias de controlo em fases iniciais de projeto, e que pode ser facilmente adaptável para outros tipos de sistemas físicos. Para isso, foram desenvolvidos os modelos virtuais destes sistemas a partir da toolbox Simscape, pertencente ao ambiente MatLab/ Simulink, que proporciona uma visão detalhada dos componentes dos sistemas e suas interações. Para validação do conceito da plataforma, foram realizados dois casos de estudo, um para cada modelo criado. No primeiro caso, o modelo foi parametrizado sem a presença do sistema físico completo, através de informações geométricas de componentes mais gerais do sistema, e parâmetros por defeito do Simscape que só poderiam ser obtidos por via experimental. Já o segundo caso de estudo foi realizado usando um método diferente: os parâmetros do modelo foram estimados através do sistema real por métodos de optimização. Após todo o processo de parametrização e desenvolvimento do esquema de controlo, foram então realizados ensaios experimentais, no segundo caso de estudo, para validação das ferramentas assistidas por computador utilizadas neste trabalho. The fastest, cheapest, and safest way to evaluate the performance of different control strategies is through a virtual environment simulated in real time, capable of representing reliably the behavior of the physical quantities that one wishes to control. In this context, the technique of simulation technique with hardware-in-the-loop (HIL), has an important highlight due to the fact that part of the simulation loop is composed of purely virtual models, while the remaining parts consist of hardware components of the complete physical system. In this dissertation this concept was applied using an Arduino UNO microcontroller as hardware, for the development of a test bench capable of performing simulation techniques in real time, with emphasis on 2 actuating systems widely used at industrial level: DC motor and a double acting hydraulic cylinder. With this, a computational tool was developed that allows testing the performance of different control strategies in early design stages, and that can be easily adaptable to other types of physical systems. For this, the virtual models of these systems were developed from the Simscape toolbox, belonging to the MatLab/Simulink environment, which provides a detailed view of the system components and their interactions. To validate the platform concept, two case studies were performed, one for each model created. In the first case, the model was parameterized without the presence of the complete physical system, through geometric information of more general system components, and Simscape default parameters that could only be obtained experimentally. The second case study was performed using a different method: the model parameters were estimated from the real system system by optimization methods. After the whole process of parameterization and development of the control scheme, experimental tests were then performed, in the second case study, to validate the computer-aided tools used in this work. Mestrado em Engenharia Mecânica |
