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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – NIVEL – I
MALHA ABERTA x MALHA FECHADA ¾ Malha Aberta (open-loop, feed forward) O resultado das ações de controle não é realimentado no sistema.
Por exemplo: Dado que se deseja movimentar um robô um metro para frente, aplicar a velocidade de 0.25 m/s durante 4s. Não se adapta a mudanças no sistema.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – NIVEL – I ¾ Malha Fechada (closed-loop, feedback) O resultado das ações de controle é realimentado no sistema.
Por exemplo: Deseja-se que sejam aplicadas velocidades dadas por u enquanto o robô não atingir a pose desejada.
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CÁLCULO DO ERRO, TIPOS DE CONTROLE Em sistemas de malha fechada é necessário calcular o erro e agir para minimizá-lo. O erro é a diferença entre o estado atual e o valor desejado. Informação geralmente fornecida pelos sensores. Tipos de informação: ¾ Zero / Não-zero, Magnitude, Direção. Alguns tipos clássicos de controle: ¾ P, PD, PI, PID.
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CONTROLE PROPORCIONAL Agir de forma proporcional ao erro:
u = kp * e Kp é a constante de proporcionalidade ou ganho. O ganho pode ser computado de forma analítica ou empírica. Analítica: exige um entendimento grande do problema e das características da planta. Empírica: exige uma grande quantidade de tentativa e erro Pode ser usado técnicas de aprendizado.
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CONTROLE PROPORCIONAL As características físicas (ex. atrasos) da planta juntamente com o ganho determinam o comportamento do controlador. Características: Rise Time Settling Time Maximum Overshoot Steady State Error
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CONTROLE PROPORCIONAL Dependendo das características do robô e do problema, o controle proporcional pode ser suficiente para efetuar o controle desejado. Mas ele sofre de alguns problemas, que podem requerem o uso de outro controlador: ¾Oscilações, ¾Steady State Error.
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AMORTECIMENTO (DAMPING) Muitas vezes, a oscilação devido ao overshooting pode ser difícil de controlar variando-se apenas o ganho proporcional. Nesses casos, deve-se adicionar um termo de amortecimento ao sistema que, de certa forma, “dissipa a energia”, fazendo o sistema convergir para o estado desejado. Ele é proporcional a derivada do erro (controle derivativo).
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CONTROLE PD Um termo proporcional, que reduz o erro e um termo derivativo que provê o amortecimento.
u = kp * e + kd * de/dt Os ganhos devem ser escolhidos conjuntamente.
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STEADY STATE ERROR Outro problema com o controle proporcional é que ele não é capaz de eliminar o erro quando o valor de referência varia.
Por exemplo: Numa situação onde um robô quer interceptar outro em movimento. Nesse caso, pode-se considerar também o erro acumulado, obtido integrando-se o valor do erro ao longo do tempo (controle integrativo).
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CONTROLE PI Um termo proporcional, que reduz o erro e um termo integral que reduz o erro acumulado.
e u = kp * e + ki * ∫ dt Os ganhos devem ser escolhidos conjuntamente.
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CONTROLE PID
de u = kp * e + ki * ∫ edt + kd dt Várias “regras” para se ajustar os ganhos Combina os 3 termos
Effects of increasing parameters Parameter Parâmetro
Rise Time Tempo de Subida
Over shoot Disparo Alto
Setting Time Tempo de Acesso
S. S. Error Erro S.S.
KP
Decrease Redução
Increase Aumento
Small Change Mudança Peq.
Decrease Redução
Ki
Decrease Redução
Increase Aumento
Increase Aumento
Eliminate Eliminar
Kd
Small Change Mudança Peq.
Decrease Redução
Decrease Redução
Nome Nome
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CONTROLE CINEMÁTICO: OPEN LOOP
¾ Trajetória (caminho) dividiu em segmentos de movimento de forma claramente definida: ¾ linhas diretas e segmentos de um círculo. ¾ problema do controle : ¾ pré-calculo de uma trajetória suave baseado em linha e segmentos de círculo. ¾ Desvantagens: ¾ Não é uma tarefa fácil para pré-calcular possível trajetória. ¾ limitações e constrangimentos das velocidades de robôs e acelerações. ¾ não adapte ou corrija a trajetória se mudanças dinâmicas do ambiente acontecerem. ¾ As trajetórias resultantes normalmente não são lisas
