Reglarea automată a poziției

Abstract- — Una dintre cele mai dificile probleme pe care le înfruntă un inginer care lucrează cu modelare este întrebarea despre cum să creem un fenomen fizic într-un set de ecuații. De obicei, este dificil să captezi toate dinamicele și fenomenele, deci de obicei se străduiește implementarea unui set de ecuații care descrie sistemul fizic aproximativ și adecvat cu acuratețea scopului.

În acest proiect scopul sistemului este de a controla poziția bilei față de un punct de referință și de a respinge perturbațiile ce intervin asupra bilei Primul pas a constat în derivarea ecuațiilor lui de mișcare, adică să facă modelarea fizică și matematică a procesului..

Următorul pas al proiectului a fost realizarea de design de control. Simulările obținute au fost prezentate în Simulink și Proteus.

Index Terms—rigla, bilă, traductor, motor de curent continuu, punte H, Arduino UNO, SIMULINK

I. INTRODUCTION

Numim sistem ansamblul de elemente care interacționând între ele dar și cu exteriorul are rolul de a atinge un scop definit. Un sistem poate fi caracterizat de 3 mărimi fizice : mărimi de intrare (independente de sistem), mărimi de stare (dependente de mărimile de intrare), mărimi de ieșire (dependente de mărimile de stare/intrare). [1]

Sistemele automate sunt sistemele care urmăresc și coordonează procesele unei instalații, fără ca omul să intervină. Sistemul de reglare automată a poziției este de obicei un sistem neliniar, în general acest sistem este utilizat la rezolvarea problemelor reale cum ar fi stabilizarea orizontală a unui avion în timpul aterizării sau în timpul turbulențelor.

În acest proiect scopul sistemului este de a controla poziția bilei față de un punct de referință și de a respinge perturbațiile ce intervin asupra bilei, exemplu: împingerea mingii cu degetul. Sistemul include o bară (riglă), o bilă, un accelerometru, un senzor de distanță, un motor de curent continuu și o placa de dezvoltare. Ideea generală de reglare automată este: semnalul de comandă este generat de microcontroler care cu ajutorul reacției de stare face diferența dintre poziția de referință și poziția reală a bilei (informație culeasă de la traductorul de distanță). Acest semnal de comandă este sub formă de semnal PWM, care face ca motorul să modifice unghiul de înclinare a riglei pentru a aduce bila la poziția de referință (unghiul este masurat cu un accelerometru). Odată cu stabilizarea bilei sistemul devine pe moment un sistem liniar datorită unghiului mic de înclinare a riglei față de poziția orizontală, dar la abaterea poziției bilei de la punctul de referință face ca sistemul să devină iarăși un sistem neliniar.

II. DOCUMENTARE RESURSE

La realizarea acestui proiect avem nevoie de câteva elemente și componente: bilă, riglă, traductoare de distanță și de înclinare, microcontroler programabil, motor de curent continuu și un convertor de putere.[1]

A. Traductorul de distanță

Traductoarele, altfel numite și elemente de măsură, au rolul de determinare a mărimilor fizice pe baza cărora au loc unele procese în sistem. Cu ajutorul lor se obțin date necesare stabilizării automate a proceselor în circuit închis, traductoarele fiind folosite de regulă în bucle de reacție.

Traductoarele sunt elemente ce fac parte din structura sistemelor automate care au rolul de a determina valorile parametrului reglat și de a converti acest parametru (marime) într-o altă marime fizică care este compatibilă cu marimea de intrare în urmatorul element al sistemului.

B. Accelerometru

Aceste module de înclinare detectează accelerația, și se pot folosi pentru măsurarea accelerațiilor instantanee pe care le suferă un element în mișcare, sau pentru a determina direcția pe verticală (pe baza accelerației gravitaționale g, care este întotdeauna îndreptată în jos).

Orice smartphone are încorporat un accelerometru (pe langă cele multe alte dispozitive), unde accelerometru e folosit pentru rotirea automată a imaginii atunci când rotim telefonul. Când rotim telefonul, accelerația gravitațională a pământului își schimbă direcția în raport cu telefonul (pentru ca telefonul se rotește), și astfel se detectează poziția telefonului. De asemenea, un accelerometru este utilizat pentru a sesiza mișcarea.[2]

C. Motor de curent continuu

În general motoarele electrice folosesc câmpul magnetic pentru a crea mișcarea și se împart în două categorii principale:

-motoare de curent continuu (DC)

-motoare de curent alternativ (AC)

Tipul de motor de care am avut nevoie pentru a efectua lucrararea practică a fost cel de curent continuu. Ele au fost și primele motoare inventate care sunt și până în prezent motoare cu cea mai simplă structură. Principiul de funționare a MCC este comandarea trecerii unui flux de curent prin spirele motorului în interiorul unui câmp magnetic permanent.