�rea Cient�fica: Robótica
Controlador e Accionador para Motor DC em malha fechada
Publicada a 2015-06-17
Aluno: Bruno Guilherme Gonçalves de Matos      N�mero: 38040       Email: brunoggmatos@gmail.com
Data in�cio: 02/11/2006      Data Conclus�o: 04/12/2008 

Orientador(es):
Nome: A. Fernando Ribeiro      Email: fernando@dei.uminho.pt   

Arguente(s):
Data da defesa: 04/12/2008      Sala: 17:30h

vers�o electr�nica

Descri��o:

 

Os motores CC (corrente contínua) têm actualmente como principal aplicação a motorização de plataformas móveis, onde a fonte de energia é feita com o recurso a baterias. O controlo da velocidade de rotação destes motores vinha a ser feito com recurso a reóstatos variando a corrente do estator, sendo um processo eficaz no caso em que a carga e velocidade de rotação variem pouco. Com o desenvolvimento da electrónica surgiram controladores de velocidade, com gamas de variação de velocidade elevadas, fazendo compensações às flutuações de carga.

O presente trabalho, trata do projecto e implementação de um controlador e accionador em malha fechada, para aplicação em motores DC (direct current), fazendo com que estes rodem a uma velocidade desejada, independente da carga aplicada.

É feito um estudo do mercado, seleccionando alguns dos controladores existentes e analisando se o projecto actual é uma solução necessária para os objectivos pretendidos. Seguido do projecto completo, desde a análise topológica das estruturas escolhidas até a concepção de toda a electrónica necessária (accionadores, sensores, barramentos de dados e protecções), referindo os cuidados tidos no desenho do PCB (Printed Circuit Board). Na fase de projecto, é focado o estudo a várias técnicas de controlo em malha fechada, indicando o porquê, da técnica escolhida. É descrito todo software utilizado e programado, desde a linguagem de programação e compiladores utilizados até aos algoritmos realizados para o software desenvolvido. No final é apresentado o protótipo construído em laboratório e resultados alcançados, tendo como referência os objectivos pretendidos.

 


Objectivos:

 

O uso de motores CC torna-se eficaz devido às suas características, binário de arranque elevado e funcionamento em corrente contínua, o mesmo tipo de corrente fornecida pelas baterias. Cada um destes motores roda a uma velocidade, a soma dos vectores velocidade de cada motor vai originar um outro responsável pela direcção e velocidade da plataforma, sendo necessário um controlador para variar a velocidade em cada um dos 3 motores.

Esta tese propõe o estudo, projecto e implementação de um controlador de velocidade em malha fechada para 3 motores CC com os seguintes objectivos:

• Comunicação com o exterior via barramento I2C (InterIntegrated Circuit).

• Alimentação a 24 volts DC

• Accionamento 3 motores de 24 volts DC de ímanes permanentes, para 200 W (Watts) no mínimo, nos dois sentidos de rotação.

• Frequência de PWM dos motores não audível.

• Baixa emissão de ruído electromagnético.

• Ler três encoders ópticos (um por motor) simultaneamente com discriminação do sentido de rotação.

• Accionamento de travão em cada um dos motores.

• Medir a corrente em cada um dos motores em tempo real, para impedir correntes de curto-circuito nos motores.

• Disponibilizar pelo barramento I2C dados de telemetria (correntes, tensão de alimentação, velocidades, presença ou não de motores…).

• Aplicar uma lei de controlo de forma a garantir com precisão a velocidade de rotação pedida para cada um dos motores.

• Todo o sistema terá de ser projectado com a intenção de máxima redução de custos mas com a máxima performance.

 


Palavras chave:
Encoders, PID (proportional–integral–derivative), PWM (pulse width modulation), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), microcontroladores PIC, I2C (Inter Integrated Circuit), Motores DC, Ponte H, Sensores

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