Controle do motor de Corrente Contínua

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DO MARANHÃO – IFMA
CAMPUS MONTE CASTELO
DIRETORIA DE ENSINO SUPERIOR - DESU
DEPARTAMENTO DE ELETROELETRÔNICA - DEE
CONTROLE ANALÓGICO – 7º PERÍODO
PROFESSOR: REGINALDO MIRANDA
CONTROLE DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
São Luís
1º Semestre/2016
RELATÓRIO DO PROJETO DE CONTROLE DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
Este relatório é apresentado à disciplina Controle Analógico do curso de bacharelado em Engenharia Elétrica Industrial do Instituto Federal do Maranhão, como requisito parcial para obtenção da 3ª nota.
Professor: Reginaldo Miranda.
São Luís
1º Semestre/2016
Objetivo
Projetar e implementar reguladores PI de corrente e de velocidade para o motor de corrente contínua.
Introdução
O diagrama esquemático para um sistema de acionamento de um motor de corrente contínua implementado no Multisim conjuntamente com o diagrama de blocos correspondente que é mostrado na Fig. 01 serão utilizados para determinar os parâmetros do Motor CC assim como os ganhos dos sensores utilizados na simulação.
Teoria
Controladores PID
O controlador PID pode ser de controle proporcional (P), proporcional – derivativo (PD), proporcional-integral (PI) ou proporcional – derivativo – integral (PID). A equação apresentada abaixo representa o controlador PID em função do tempo:
E logo abaixo é apresentado as equações do controlador P, PD, PI, respectivamente:
Na tabela, a seguir, mostra os efeitos que cada parâmetro do controlador tem um sistema de malha fechada:
	Ação
	Tempo de subida
	Overshoot
	Tempo de acomodação
	Erro de regime
	Kp
	Diminui
	Aumenta
	P. sensibilidade
	Diminui
	Ki
	Diminui
	Aumenta
	Aumenta
	Elimina
	Kd
	P. sensibilidade
	Diminui
	Diminui
	P.Sensibilidade
Um controlador proporcional Kp terá o efeito de reduzir o tempo de subida, mas nunca eliminar o erro estacionário. Um controle integral Ki terá o efeito de eliminar o erro de estado estacionário para uma entrada constante, mas pode fazer a resposta transitória seja mais lenta. Um controlador derivativo Kd terá o efeito de aumentar a estabilidade do sistema, reduzindo o excesso, e melhorando a resposta transiente.
Cálculo dos ganhos do controlador
Do projeto do Multisim, temos os seguintes dados:
Portanto:
L = 2,58mH
R = 2,903 
Kv = 0,0567
Kt = 0,055
Jm = 2,62∙10-5 Kgm²
Beq = 10-5 Nms/rad
A técnica de cancelamento de polos e zeros é utilizada para projetar os parâmetros do controlador PI. Adiciona-se um zero que cancele um polo dominante da grandeza que se quer calcular. Portanto, para a malha de velocidade do motor em cascata com um controlador PI, temos:
→ Cálculo dos ganhos para corrente (para uma constante de tempo 0,2 ms):
Para o cancelamento do polo e do zero, tem-se:
 
→ Cálculo dos ganhos para velocidade (para uma constante de tempo 0,2 ms):
Para o cancelamento do polo e do zero, tem-se:
 
Controle PI com Amplificadores Operacionais
→ Cálculo do circuito PI para corrente:
→ Cálculo do circuito PI para velocidade:
Experimento
Controle PI de Corrente
Objetivo: Implementar o controle PI de corrente para o motor CC de acordo com a figura 03.
Na fig. 03, além do controle PI de corrente Gi, foram acrescentados os fatores de escalonamento do sensor de corrente e do atuador PWM, Kc e Ka respectivamente.
A fig. 04 ilustra o diagrama de blocos com os fatores de escalonamento incorporados ao controlador Gi para reduzir a complexidade do circuito de controle.
Com posse dos dados, é possível calcular os ganhos para a fonte PWM (Ka), a conversão da velocidade de rad/s para volts (Kw) é feita dessa forma:
A seguir, tem-se a simulação usando MATLAB/SIMULINK:
Abaixo, tem-se a implementação do projeto PI de corrente feita no MULTISIM:
Figura X: Controlador PI de corrente com entrada degrau unitária no multisim.
Figura X: Controlador PI de corrente com entrada de trem de pulsos unitários com frequência de 100Hz.
Figura X: Controlador PI de corrente com entrada de trem de pulsos unitários com frequência de 1000Hz.
Com a amplitude do sinal de entrada unitária o probe de corrente lê uma pequena distorção visto que a escala dos pontos em relação ao pico-a-pico é pequena.
Controle PI de Velocidade
Objetivo: Implementar o controle PI de velocidade para o motor CC em cascata com o controle de corrente anterior de acordo com a figura abaixo:
Figura 18. Diagrama de Blocos Controle PI de Velocidade
Figura: Diagrama de Blocos do sistema de controle de Motor CC para implementação com AmpOp.
A seguir, tem-se a simulação usando MATLAB/SIMULINK:
Para a entrada degrau, tem-se:
Figura X: Resposta transitória e de regime para a corrente a entrada degrau.
	
Figura X: Resposta transitória e de regime para a velocidade a entrada degrau.
Para entrada uma onda quadrada de amplitude de 5V e frequência de 10 Hz como referência de velocidade, tem-se:
Figura X: Resposta transitória e de regime para a corrente a entrada trem de pulsos com frequência de 10Hz.
Figura X: Resposta transitória e de regime para a velocidade a entrada trem de pulsos com frequência de 10Hz.
Para a entrada onda quadrada com frequência de 100Hz e amplitude de 5V como referência foram observadas as seguintes respostas para a corrente e velocidade:
	Figura X: Resposta transitória e de regime para a corrente a entrada trem de pulsos com frequência de 100Hz.
	Figura X: Resposta transitória e de regime para a corrente a entrada trem de pulsos com frequência de 100Hz.
Abaixo, tem-se a implementação do projeto PI de velocidade feita no MULTISIM:
Para uma entrada quadrada de amplitude 5V e frequência de 10Hz e 100Hz, tem-se respectivamente:
Figura X: PI de Velocidade para entrada quadrada com frequência de 10Hz.
Figura X: PI de Velocidade para entrada quadrada com frequência de 100Hz.
5. Conclusões
Tanto o MULTISIM quanto o SIMULINK acompanharam a referência no quesito velocidade do motor e os resultados dos parâmetros de análise são semelhantes.
Porém no MULTISIM é perceptível em todos os resultados que os mesmos apresentam mais distorções se comparados ao SIMULINK, neste a simulação fica como se os componentes fossem ideais ou muito próximos disso, enquanto que no MULTISIM os componentes virtuais deste são mais próximos dos reais, incluindo suas imperfeições, portanto nos gráficos são perceptíveis as pequenas distorções mostrando a diferença entre simulação ideal (SIMULINK) e a próxima da real (MULTISIM).
Mesmo com estas diferenças os resultados são perfeitamente compatíveis.
21