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Título: Projeto e implementação de um controlador PID digital para um sistema barra e bola
Título(s) alternativo(s): Design and implementation of a digital PID controller for a ball and beam system
Autor(es): Iastrenski, Edgar Felix
Orientador(es): Lima, Carlos Raimundo Erig
Palavras-chave: Controladores PID
Controle eletrônico
Modelos matemáticos
Servomecanismos
PID controllers
Electronic control
Mathematical models
Servomechanisms
Data do documento: 30-Nov-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: IASTRENSKI, Edgar Felix. Projeto e implementação de um controlador PID digital para um sistema barra e bola. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso de Especialização(Automação Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Neste trabalho foi realizado o projeto e implantação de um controlador digital para um sistema barra e bola. O controlador tem como objetivo manter a bola equilibrada em uma determinada posição sobre uma barra, através da atuação sobre o ângulo de inclinação desta barra. Foi projetado um controlador PID digital utilizando o método do lugar das raízes, a partir da equação de transferência baseada na modelagem matemática do sistema. Um protótipo para o sistema barra e bola foi construído, utilizando um sensor de distância para medir a posição da bola, um servo motor para ajustar o ângulo de inclinação da barra e um microcontrolador para implementação do controle digital. Utilizando o protótipo do sistema, foram realizados testes para verificar a performance do controlador implementado, aplicando um degrau no setpoint do sistema e verificando o comportamento da saída quando uma perturbação é aplicada sobre ela. O controlador projetado se mostrou eficaz para manter a bola na posição desejada, apesar de apresentar diferenças em relação ao tempo de acomodação e sobressinal simulados para o sistema em malha fechada.
Abstract: In this work, a digital controller for a ball and beam system was designed and implemented. The controller aims to keep the ball balanced in a certain position on the beam, by acting on the beam’s tilt angle. A digital PID controller was designed using the root locus method, from the transfer function based on the mathematical modeling of the system. A prototype for the system was built, using a distance sensor to measure the ball’s position, a servo motor to adjust the beam’s tilt angle and a microcontroller to implement the digital control. Using the system prototype, some testes were performed to verify the controller’s performance, by applying a step on the system’s setpoint and by verifying the output’s behavior when a disturbance is applied on it. The designed controller proved to be effective in keeping the ball in the desired position, despite showing some differences in relation to the simulated settling time and overshoot of the closed loop system.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35451
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