Arquitetura microcontrolada programável em tempo real aplicada ao controle de um servoposicionador pneumático

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema eletrônico para controle de servoposicionadores pneumáticos, baseado em sistemas de tempo real. Estes servoposicionadores apresentam diversas características atraentes para utilização em áreas como mecatrônica e robótica, como boa relação peso/potência, ausência de campos magnéticos, baixa manutenção e fácil instalação. Porém, em razão de características altamente não lineares relacionados à dinâmica dos gases e a efeitos de atrito, inerentes aos componentes do sistema, seu uso é dificultado para atividades que exigem precisão de posicionamento. O avanço da microeletrônica na construção de dispositivos com maior capacidade de processamento, periféricos integrados e facilidade de programação tem permitido a implementação de novos algoritmos e técnicas de controle sofisticadas, a fim de contornar tais não linearidades. Este trabalho apresenta uma alternativa econômica para o controle digital baseado em sistema de tempo real, a partir do uso de recursos de software gratuitos e componentes de baixo custo agregado. Para validação da solução proposta, a arquitetura desenvolvida foi utilizada para o controle de um servoposicionador pneumático, na qual foram programados dois algoritmos: controle por modos deslizantes (Slide Mode Control) e o controlador PID (proporcional, integral e derivativo). Os resultados experimentais de avaliação da variação do tempo de execução do laço de controle e do desempenho no seguimento de trajetórias polinomial e senoidal permitem aferir o desempenho da arquitetura desenvolvida.

This work presents the development of an electronic system for the control of pneumatic servo-positioners, based on real-time system approach. Pneumatic servo-positioners present several attractive characteristics for their use in areas like mechatronics and robotics, such as good weight/power ratio, absence of magnetic fields, low maintenance and easy installation. However, due to highly nonlinear characteristics related to gas dynamics and friction effects, inherent to the system components, its use is difficult for activities that require positioning accuracy. The advancement of microelectronics in the construction of devices with greater processing capacity, integrated peripherals and ease of programming has allowed the implementation of new algorithms and sophisticated control techniques, in order to surpass such non-linearities. Current work presents an economical alternative to digital control based on a real-time system operation, by means of using of using free software resources and low-cost components. To validate the proposed solution, the developed architecture was used to control a pneumatic servopositioner, in which two algorithms were programmed: slide mode control and PID controller (proportional, integral and derivative). The experimental tests of evaluation of the of the control loop execution time variation and the performance in the tracking control of polynomial and sine trajectories allow to evaluate the performance of the developed architecture.