Uma abordagem para tuning de um controlador PI para motores brushless DC : um estudo de caso aplicado ao controle de movimento de um robô omnidirecional

Autor: ARAÚJO, Victor Hugo Sabino dos Santos
Přispěvatelé: BARROS, Edna Natividade da Silva
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFPE
Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
instacron:UFPE
Popis: FACEPE O controle de motores é fundamental no estudo e desenvolvimento de Robôs Móveis Autônomos (RMAs). A técnica de controle mais utilizada é a implementação de controladores Proporcional, Integral e Derivativo (PID), porém, a escolha das constantes de controle ótimas para a aplicação é uma questão crítica e complexa em algumas aplicações e às vezes negligenciada por alguns projetistas de RMAs. Um levantamento feito entre as equipes participantes da RoboCup, maior campeonato de robótica do mundo, na categoria Small Size League (SSL) no ano de 2019 mostrou que 79, 2% das equipes utiliza um controlador PID (ou uma variação sem o efeito integral ou sem o efeito derivativo) para controlar os motores de seus robôs. Dentre essas equipes, 52, 63% não apresenta uma justiĄcativa para a escolha das constantes de controle, já 21, 05% aĄrma ter encontrado os parâmetros sub-ótimos através de tentativas e erros. Os RMAs devem ser capazes de atuar em ambientes dinâmicos e desconhecidos e de reagir em situações de imprevisibilidade, e a precisão e acurácia dessas reações estão atreladas a um controle bem otimizado. Este trabalho propõe uma abordagem para identiĄcar parâmetros de controle adequados a partir de um conjunto de amostras de um motor Brushless DC para a implementação de um controlador PI para controle de velocidade desse motor. Será apresentada uma metodologia para identiĄcação de um modelo matemático que melhor descreve a resposta do motor, em seguida, são identiĄcadas as constantes mais adequadas do controlador PI para o modelo proposto com o auxílio da ferramenta PIDTuner do software MATLAB. A técnica foi aplicada a um estudo de caso real e o controlador foi implementado e validado na movimentação de um robô omnidirecional projetado dentro das regras da categoria RoboCup Small Size League. Os resultados mostram uma melhora signiĄcativa na resposta do motor para uma velocidade desejada em relação ao controle previamente utilizado, projetado de maneira empírica, e também uma melhora no desempenho do robô ao seguir uma trajetória determinada sem feedback da posição atual do robô. Motor control plays a vital role in the research and development of Autonomous Mobile Robots (AMRs). The most known motor control technique is the Proportional, Integral, and Derivative (PID) control. However, the choice of the more suitable control constants for this technique can be critical and complex for some applications and has been neglected by some control designers. A survey carried out among the teams participating in RoboCup, the largest robotics competition in the world, in the Small Size League (SSL) category showed that 79.2% of the teams uses a PID controller (or its variation without the integral or derivative term) to control their robot motors. From these teams, 52.3% does not present a technique to choose their controller constants, and 21.05% said that their parameters were chosen in an empirical way using trial and error. AMRs should be able to operate in dynamic and unknown environments and to react through unpredictable situations. The precision and accuracy of these reactions are linked to an optimized control. This work proposes an approach to identify optimal control parameters from a set of samples extracted from a brushless DC motor for the implementation of a PI controller for speed control of that motor. A methodology to identify a mathematical model that best describes the motor response will be presented. The most suitable constant values of the PI controller for the proposed model are identiĄed with the aid of the MATLAB software using the PIDTuner toolbox. The controller is implemented validated in a case study applied to an omnidirectional robot designed within the rules of the RoboCup Small Size League category. The results show a signiĄcant improvement in the motor response to the desired speed in comparison to the previous controller empirically designed, and also an improvement in the robot’s performance when following a pre-determined trajectory without the feedback of the robot’s current position.
Databáze: OpenAIRE
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