LABORATÓRIO 3 Análise dinâmica do controle do motor PARTE 1. ANÁLISE DO CONTROLE DE VELOCIDADE

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1 LABORATÓRIO 3 Análise dinâmica do controle do motor OBJETIVOS: - analisar a resposta transitória a mudanças degrau pelas variações de ganho, pela inclusão de atraso e pelo aumento do momento de inércia; PARTE 1. ANÁLISE DO CONTROLE DE VELOCIDADE INTRODUÇÃO O controle de velocidade do motor no ED-4400 pode ser realizado nos dois sentidos de giro. O polaridade da tensão de entrada do motor controla o sentido de giro do mesmo. A saída do Tacho no ED-4400 no motor é um sinal AC no qual não está discriminado o sentido de giro do motor. Entretanto, quando a saída do Tacho AC é convertida em DC no U-155 (conversor F/V), a entrada POLARITY define o sinal da tensão DC convertida disponível do TACO (Output TACO). Para o controle bi-direcional do motor, a entrada polarity do conversor F/V é alimentada pela tensão de alimentação do motor.

2 Figura 1. Esquemático de Montagem - VELOCIDADE Notas importantes: 1) Existe um seletor no U-152 para inclusão de atraso na malha. Posição a sem atraso, posição b com atraso. Trata-se de um atraso de 1ª ordem. Não é um atraso puro. 2) Em cada um dos três PC s da bancada existe uma placa de aquisição de dados. Para interface da placa de aquisição com usuários usaremos uma caixa preta de conexão e proteção. PROCEDIMENTOS ANÁLISE DE COMPORTAMENTO TRANSITÓRIO

3 A visualização das curvas de resposta do sistema será feita através do sistema de aquisição LABCA instalado nos computadores do Laboratório de Controle. Siga os procedimentos de aquisição: - Coloque o diretório corrente do Matlab em >> Laboratório de Controle/Labca - Conecte a saída da caixa preta (OUT) na entrada do somador, que será o sinal set-point - Conecte variável a tensão do TACO OUTPUT na entrada da caixa preta (IN) e aterre a caixa preta (GND). Esta variável será a SAÍDA sob análise. - Execute labca na linha de comando do Matlab. ANÁLISE DO GANHO a) Monte o sistema de controle de velocidade conforme esquematizado na figura 1. ATENÇÃO: ADICIONE O DISCO INTERMEDIÁRIO AO EIXO RÁPIDO DO MOTOR. b) Coloque um sinal degrau no set-point de 5 Volts. Preencha um degrau de 5 V no labca. c) Para cada ajuste do ganho do controlador atualize o arquivo de dados conforme tabela 1. Visualize o setpoint e a saída. d) Dê um start no labca. Tabela 1. Dados da resposta dinâmica - ganho Ganho arquivo 1 DADV1 2 DADV2 3 DADV3 4 DADV4

4 ANÁLISE DO ATRASO e) Repita o item anterior, seguindo a tabela 2, porém considere neste caso o atraso do U-152 (posição b ) ANÁLISE DA INÉRCIA Tabela 2. Dados da resposta dinâmica - atraso Ganho arquivo 1 DADV5 2 DADV6 3 DADV7 4 DADV8 f) Repita o item anterior, seguindo a tabela 3, porém neste caso adicione o disco de inércia ao eixo do motor (sem o atraso). Tabela 3. Dados da resposta dinâmica disco de inércia 1 DADV9 2 DADV10 3 DADV11 4 DADV12 ANÁLISE DO ATRASO E INÉRCIA g) Repita o item anterior seguindo a tabela 4, considerando o atraso. Tabela 4. Dados da resposta dinâmica atraso mais disco de inércia 1 DADV13 2 DADV14 3 DADV15 4 DADV16 PARTE 2. ANÁLISE DO CONTROLE DE POSIÇÃO SINAIS DE ERRO NO CONTROLADOR DE POSIÇÃO A função básica de um controlador de posição angular é fornecer um sinal de posição angular na saída que siga precisamente sinal de posição angular

5 da entrada (referência). A informação de posição na entrada ou na saída é expressa em termos de um ângulo ao redor de um círculo. Para conseguir uma função de controle, é necessário rodar o motor até que o sinal detectado para a posição do motor seja igual ao sinal de referência ou a posição de entrada. Um potenciômetro é usado para converter a posição angular para um sinal elétrico equivalente. A figura 9-1 mostra um diagrama de circuito que utiliza potenciômetros como um conversor ângulo/tensão. Pi na figura é o potenciômetro de entrada e Po é o potenciômetro de saída. O amplificador (-A) é configurado como um amplificador inversor. Pela polaridade invertida aplicada aos Pi e Po, a saída do amplificador tende a zero quando as posições de entrada e saída são idênticas. Em geral, a posição angular de Pi é θi, ao passo que θ0 é de P0. A posição angular de erro relativo entre Pi e Po é definida como (θi - θ0). A saída de erro convertida e amplificada pode ser definida Ke( θi - θ0 ), onde Ke representa um fator de conversão. Ke pode ser determinado por um sistema dado quando a tensão de saída atual do amplificador é medida. No sistema do controle de posição em malha fechada, a informação posicional da saída do potenciômetro (Po) que é mecanicamente acoplada ao motor é realimentada ao amplificador de controle. Então, a entrada de referência da posição (potenciômetro Pi) é combinada com o sinal de

6 realimentação na entrada do amplificador na proporção da diferença entre os dois sinais. Quando as duas posições são idênticas a saída do amplificador chega a zero. Um diagrama simplificado do sistema do controlador de posição em malha fechada que será usado nesse experimento é mostrado na figura Existem três amplificadores na figura O A1 é um gerador de sinal de erro. A2 é um amplificador de sinal de erro e A3 o driver para o motor M. Como Pi gira afastado de Po, a diferença de tensão entre os dois potenciômetros chega a um sinal de erro que aparece na entrada de A1. O sinal de erro é adicionalmente amplificado através de A2 e A3, e direciona o motor para reduzir a tensão de erro entre Pi e Po. Entretanto, como Pi é girado no sentido horário, Po segue a mesma direção. A ação realimentadora continua até que a saída de A1 seja reduzida a zero. Neste ponto, as tensões medidas em Pi e Po são as mesmas mas com polaridade oposta. Por exemplo, se Pi é +3V, então Po é -3V, fazendo com que a soma dos dois seja zero. A posição relativa final entre Pi e Po depende do ganho dos amplificadores. Para um alto ganho, a posição de Po pode ser quase igual à posição de Pi. Mas quando o ganho não é o suficiente pode haver um off-set da posição relativa. Esse off-set é a zona morta do controlador de posição.

7 Figura 2. Esquemático de Montagem - POSIÇÃO PROCEDIMENTOS h) Monte o controle de posição conforme figura 2 incluindo o acoplamento de U-158 em U-161. Ajuste U-152 para a. ATENÇÃO: RETIRE O DISCO DE INÉRCIA E DEIXE O DISCO INTERMEDIÁRIO. i) Conecte a tensão de saída do U-158B na entrada da caixa preta e saída desta na entrada do somador. Não se esqueça de aterrar e de ligar a caixa preta. - Continue com a saída da caixa preta (OUT) conectada na entrada do somador, que é o sinal SETPOINT. - Conecte a saída do sensor de posição a ser analisada na entrada da caixa preta (IN) e aterre a caixa preta (GND). Esta variável será a SAIDA sob análise.

8 ANÁLISE TRANSITÓRIA GANHO j) Para cada ajuste do ganho do controlador atualize o arquivo de seguindo a tabela 5. Visualize o setpoint e a saída. Tabela 5. Dados da resposta dinâmica - ganho Ganho Figura 1 DADP1 2 DADP2 3 DADP3 4 DADP4 ANÁLISE TRANSITÓRIA COM ATRASO k) Repita o item anterior, porém considere neste caso o atraso do U-152 (posição b ) seguindo a tabela 6. Tabela 6. Dados da resposta dinâmica - atraso 1 DADP5 2 DADP6 3 DADP7 4 DADP8 ANÁLISE TRANSITÓRIA COM DISCO DE INÉRCIA l) Repita o item anterior, porém neste caso insira o disco de inércia

9 (sem o atraso) seguindo a tabela 7. Tabela 7. Dados da resposta dinâmica disco de inércia 1 DADP9 2 DADP10 3 DADP11 4 DADP12 ANÁLISE TRANSITÓRIA COM DISCO DE INÉRCIA E ATRASO m) Repita o item anterior considerando o atraso seguindo a tabela 8. Tabela 8. Dados da resposta dinâmica atraso mais disco de inércia 1 DADP13 2 DADP14 3 DADP15 4 DADP16 TAREFA DIRIGIDA Traçar gráficos da resposta dinâmica de velocidade e posição para condições testadas. Por meio desses gráficos, mostre índices de desempenho como o sobressinal, tempo de subida, entre outros. E assim faça uma síntese dos resultados obtidos para cada uma das situações testadas, buscando avaliar todos os efeitos sobre as respostas de velocidade e posição.

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