Simulação e Controle

Sistema de Grua 3DOF

Sistema de Grua 3DOF

Desenvolva controles que otimizarão a utilização de gruas!

Sistema de Grua 3DOF

Três motores DC estão ligados a uma estrutura que permite o posicionamento de uma carga suspensa por um cabo. O experimento é semelhante em estrutura e operação de um guindaste típico usado na construção de edifícios e carga e descarga de navios. Não são apenas os três eixos instrumentados para proporcionar realimentação de posição, mas os ângulos de oscilação XY do cabo pode ser detectado também. O sistema resultante pode ser usado para estudar as desvantagens inerentes e as limitações encontradas nos controladores bang-bang utilizados (em instalações reais atuais), em comparação com o aumento de desempenho encontrados através da implementação de uma variedade de esquemas de controle avançado. A minimização da influência carga útil em uma variedade de condições e continuamente variáveis ambientais e da situação do mundo real é estudado.

Os alunos aprenderão a:

  • projetar um sistema de realimentação baseado em PID para controlar a altura da carga útil
  • desenvolver um sistema de controle de estado de retorno para controlar a posição do carrinho, mantendo as oscilações de carga no mínimo
  • criar um algoritmo de realimentação para rodar a torre de um ângulo desejado
  • implementar controladores desenvolvidos no sistema e observar seu desempenho
  • High-resolution optical encoders for precise position measurements
  • Trolley and payload driven by high-quality MICROMO DC motors
  • Tower actuated by high quality Maxon DC motor
  • Low backlash harmonic drive used for tower
  • Limit switches to detect when the tower, trolley, and payload have reached their limits
  • Cut-off diodes disable the tower motor when its limits are reached
  • Precise, stiff and heavy-duty machined components
  • Fully compatible with MATLAB®/Simulink® and QUARC® control software
  • Sample model and control design documented and derived in Maple™ worksheet
  • Open architecture design, allowing users to design their own controller
Tower base dimensions (L x W x H) 40.5 cm x 40.5 cm x 1 cm    
Tower height (base plate to top) 120 cm    
Jib length 121 cm    
Crane mass 16 kg    
Trolley lead screw pitch 1.27 cm/rev    
Encoder count resolution 4096 counts/rev    
Effective tower angle resolution 8.79 x 10-4 deg    
Effective trolley linear position resolution 8.38 x 10-7 m    
Effective payload linear position resolution 7.83 x 10-7 m    
Effective payload gimbal deflection angle resolution 0.0879 deg    
Tower angle range ± 155 deg    
Motor resistance 11.5 W (tower) 6.8 W (trolley) 7.1 W (payload)
Motor current – torque constant 0.119 N.m/A (tower) 0.0396 N.m/A (trolley) 0.0261 N.m/A (payload)
Motor output power 90 W (tower) 20.6 W (trolley) 19 W (payload)
Motor maximum continuous current 0.962 A (tower) 0.79 A (trolley) 0.72 A (payload)
Motor gearbox ratio 100 (tower) 3.7 (trolley) 14 (payload)

Tópicos incluidos no courseware Quanser em idioma Inglês:

  • Derivation of simple dynamic model
  • PID control design
  • LQR control design
  • State-space representation (for rotary and linear gantry subsystems)
  • Transfer function representation (for payload subsystem)
  • State-feedback control
  • Control parameter tuning

O experimento 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-HIL data acquisition device  
1x AMPAQ-L4 linear current amplifier¹  
QUARC real-time control software  
¹ alternatively, you can use two AMPAQ-L2 amplifiers

Download

  1. Sistema de Grua 3DOF Ficha técnica
  2. Material didático para Matlab/Simulink
  3. Artigos internacionais publicados com este equipamento

Veja alguns videos do experimento em funcionamento:

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