Título: MODELAGEM MATEMÁTICA DE UM MOTOR CC COM CONTROLADOR PD VIA ALGORITMOS GENÉTICOS APLICADO SOBRE UMA PLATAFORMA MÓVEL

Título alternativo: MATHEMATICAL MODELING OF A DC MOTOR WITH PD CONTROLLER VIA GENETIC ALGORITHMS APPLIED ON A MOBILE PLATFORM

Autoria de: Lucas Emanuel Santos Torres

Orientação de: Leonardo Silveira Paiva

Presidente da banca: Leonardo Silveira Paiva

Primeiro membro da banca: Alessandra Rose Crosara Rios Campos

Segundo membro da banca: Dimitri Campos Viana

Palavras-chaves: Motor Elétrico, Modelagem Matemática, Controle, Algoritmos Genéticos, Robótica Móvel.

Data da defesa: 11/04/2022

Semestre letivo da defesa: 2021-2

Data da versão final: 01/05/2022

Data da publicação: 01/05/2022

Referência: Torres, L. E. S. MODELAGEM MATEMÁTICA DE UM MOTOR CC COM CONTROLADOR PD VIA ALGORITMOS GENÉTICOS APLICADO SOBRE UMA PLATAFORMA MÓVEL. 2022. 52 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Controle e Automação Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.

Resumo: Embora a história aponte 1866 como efetivamente o ano de surgimento das máquinas elétricas e do motor elétrico, a humanidade sempre fez uso de fontes motoras para a realização dos mais distintos trabalhos, como trabalhos agrícolas e transporte de cargas. Ao longo da história, o tipo de fonte motora foi modificado à medida que a tecnologia foi avançando, como por exemplo o uso de tração humana e animal na pré-história e o uso na máquina a vapor na Primeira Revolução Industrial. Embora a teoria de controle já fosse aplicada antes do surgimento do motor elétrico, foi de fato com advento dele que esse processo se mostrou mais eficiente, uma vez que, graças as suas caraterísticas, ele é mais fácil de controlar quando comparado com outros tipos de motores. Esse trabalho foi realizado com a finalidade de desenvolver a plataforma móvel que permita aplicar os resultados calculados, referentes a conceitos de modelagem e controle de posição do sistema. O primeiro passo consistiu em determinar uma função de transferência que descreva o comportamento de um motor elétrico de corrente contínua. Para tal, mesclou-se técnicas tradicionais em caixa preta com o conhecimento dos parâmetros que descrevem o comportamento de um motor CC, possibilitando uma modelagem caixa cinza. Posteriormente, um controlador definido pela sintonia de Ziegler-Nichols foi usado como ponto de partida para Algoritmos Genéticos. Esses AGs têm como objetivo melhorar a resposta ao degrau do sistema, reduzindo tempo de assentamento e sobressinal do mesmo. Com um controlador para posição definido, os dados foram atualizados no Arduino e aplicados ao robô móvel, visando verificar a integridade dos resultados, assim como avaliar se os ganhos do controlador projetado se comportam de acordo com o esperado. Como resultados, o modelo matemático projetado para o motor de corrente contínua contempla as características do modelo para o intervalo de trabalho nominal. Entretanto, em regimes de operação abaixo do nominal, o modelo não consegue atender completamente ao regime transiente do motor CC. Para o controle de posição, os Algoritmos Genéticos são uma ótima alternativa para o ajuste fino dos ganhos do controlador. Os AGs apresentam uma boa performance quando seus parâmetros de trabalho são bem definidos. A plataforma móvel utilizada para validação do controle projetado entrega um resultado satisfatório, conseguindo concluir bem o trajeto definido. Entretanto, devido ela ser composta por material de baixo preço, apresenta alguns erros associados.

Abstract: Although the human history points to 1866 as the year of the emergence of electric machines and electric engines, we always used of motor sources to carry out the most different work, such as agricultural works and cargo transport. Throughout history, the kind of this motor source has changed as technology has advanced, such as the use of human or animal traction in prehistory and the use of the steam engine in the First Industrial Revolution. Although the control theory was already applied before the emergence of the electric engine, it was in fact with its advent that this process proved to be more efficient. Since, due to its characteristics, it is easier to control when compared to other types of engines. This work was carried out with the objective of developing a mobile platform that applies the calculated results, referring to concepts such as modeling and system control. The first step consisted in determining a transfer function that describes the behavior of a direct current motor. For this, traditional black box techniques were mixed with the knowledge of the parameters that describe the behavior of a DC motor, enabling a gray box modeling. Subsequently, a controller defined by Ziegler-Nichol??s tuning was used as a starting point for Genetic Algorithms. These AGs aim to improve the step response of the system, reducing settling and overshoot time. With a controller for defined position, the data were updated in the Arduino and applied to the mobile robot, in order to verify the integrity of the results, as well as to assess whether the gains of the designed controller behave as expected. As a result, the mathematical model designed for the direct current motor includes the characteristics of the model for the rated working range. However, in sub-rated operating regimes, the model cannot fully meet the transient regime of the DC motor. For position control, Genetic Algorithms are a great alternative for fine-tuning controller gains. AGs present a good performance when their working parameters are well defined. The mobile platform used to validate the designed control delivers a satisfactory result, managing to complete the defined path well. However, because it is composed of low-priced material, it has some associated errors.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_de_controle_e_automacao/20212201611219

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/54957

Curso: G022 - ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Lucas Emanuel Santos Torres e Universidade Federal de Lavras

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