Simulação e Controle

Sistema Hover 3DOF

Sistema Hover 3DOF

Aplicações em dinâmica e controle em levantamento de veículos verticais.

Como funciona o Sistema Hover 3DOF

Projete e demonstre um controlador que seja capaz de regular o ângulo de rolamento, arfagem e guinada de um helicóptero de quatro hélices com 3GDL. O sistema Hover 3DOF é ideal para a introdução de conceitos de controles intermediários a avançados e teorias relevantes para aplicações ao mundo real de dinâmica e controle em levantamento de veículos verticalmente. Os alunos aprenderão a:

  • desenvolver um modelo de espaço linear que descreva a posição do hover em relação às voltagens dos motores
  • projetar um sistema de controle do Estado-feedback que controla o roll, pitch e guinada do Hover 3DOF
  • projetar um controlador de posição linear para o Hover
  • implementar um controlador no Hover 3DOF e observar o desempenho do sistema

A planta didática Hover 3DOF é um excelente e inovador sistema didático criado para o estudo do comportamento de helicópteros sem a necessidade de estarem realmente voando. Esta planta é formada por uma estrutura fixa com quatro motores de corrente contínua. Além disso, o sistema é composto por um eixo articulado que permite rotações nos eixos de rolamento, arfagem e guinada. A base do sistema é fixada à bancada que possui anéis de deslizamento que permitem o movimento livre no eixo de guinada. Sinais elétricos são trocados com a base por meio de nove anéis deslizantes, o que impede que os enrolem e impeçam o movimento de guinada. Cada um dos motores gera uma força de empuxo que é usada no controle dos ângulos de rolamento e de arfagem. Desse modo, o torque resultante da rotação das hélices causam um movimento na estrutura em torno do eixo de guinada. Os três ângulos de rotações são medidos através de encoders ópticos de alta resolução. Para o caso de um ambiente controlado, com as quatro forças equilibradas, o torque total é balanceado.

 

 

  • Three degrees of freedom (3 DOF) - body rotates about pitch and yaw axes
  • Precise, stiff and heavy-duty machined components
  • Propellers driven by high-quality Pittman DC motors
  • High-resolution optical encoders for precise position measurements
  • Slip ring allows infinite motion about the yaw axis
  • Easy-connect cables and connectors
  • Fully compatible with MATLAB®/Simulink® and LabVIEW™
  • Fully documented system models and parameters provided for MATLAB®, Simulink®, LabVIEWTM and Maple™
  • Open architecture design, allowing users to design their own controller
Device mass  3.46 kg
Device height (ground to top of base)  45 cm
Helicopter body mass 1.39 kg
Helicopter body length 48 cm
Base dimensions (W x L)  17.5 cm x 17.5 cm
Encoder resolution (in quadrature)    8192 counts/rev
Pitch angle range 75 (± 37.5 deg)
Yaw angle range  360 deg
Motor / propeller force-thrust constant  0.119 N/V
Motor / propeller torque thrust constant 0.0036 N.m/V
Propeller diameter  20.3 cm
Propeller pitch 15.2 cm
Motor armature resistance 0.83 Ω
Motor current-torque constant 0.0182 N.m/A

Tópicos incluidos no courseware Quanser em idioma Inglês:

  • Derivation of simple dynamic model
  • State space representation
  • State feedback control
  • LQR control design
  • Control parameters tuning

O equipamento também pode ser usado para ensinar outros tópicos que não estão incluídos no currículo desenvolvido pela Quanser.

Para configurar essa estação, você precisará dos seguintes componentes recomendados pela engenharia da Quanser:

for MATLAB®/Simulink® users  
1x Q8-USB data acquisition device¹  
1x VoltPAQ-X4 linear voltage amplifier²  
QUARC real-time control software  
¹ alternatively, you can use QPIDe, or any equivalent NI DAQ device supported by QUARC
² alternatively, you can use two VoltPAQ-X2 amplifiers

Download

  1. Sistema Hover 3DOF - Ficha técnica do produto.
  2. Material didático para Matlab/Simulink
  3. Material didático para LabVIEW
  4. Artigos internacionais publicados com este equipamento

 

Veja alguns videos do experimento em funcionamento:

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