Identificação de Parâmetros de uma Junta de um Manipulador Baseado em Mínimos Quadrados para Controle de Ganho Constante

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva, Francisco Heleno Vitor da
Orientador(a): Reis, Laurinda Lúcia Nogueira dos
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76706
Resumo: This work presents the identification through the mathematical method of non-recursive MQ, of the model of a rotational joint of a cylindrical manipulator driven by MIT and the application of PID and PID 2-DOF controllers. From the 2nd order model found by MQ of the robotic manipulator joint, the 1st order model is identified using the step reaction curve method to calculate the parameters K, τ and θ of the tuning methods proposed to control the speed. The tuning methods ZN, CHR, IMC and SIMC were used. To compare the results of the controllers, the following performance criteria are used: rise time (tr), settling time (ts), overshoot, IAE and ISE. Simulations were carried out with positive and negative step input profiles and sinusoidal input to evaluate the performance of the PID and PID 2-DOF controllers for each proposed tuning method. In the simulations, the PID controller showed better performance for the proposed tuning methods in relation to those presented by PID 2-DOF, with emphasis on the ZN tuning method that obtained the best tr , the CHR method with the best ts and the IMC method that did not present overshoot. Finally, the PID controller was implemented on an experimental bench with the ZN and IMC tuning methods, obtaining satisfactory results in both cases, with the highlight of better tr and ts of the IMC method.
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To compare the results of the controllers, the following performance criteria are used: rise time (tr), settling time (ts), overshoot, IAE and ISE. Simulations were carried out with positive and negative step input profiles and sinusoidal input to evaluate the performance of the PID and PID 2-DOF controllers for each proposed tuning method. In the simulations, the PID controller showed better performance for the proposed tuning methods in relation to those presented by PID 2-DOF, with emphasis on the ZN tuning method that obtained the best tr , the CHR method with the best ts and the IMC method that did not present overshoot. Finally, the PID controller was implemented on an experimental bench with the ZN and IMC tuning methods, obtaining satisfactory results in both cases, with the highlight of better tr and ts of the IMC method.Este trabalho apresenta a identificação através do método matemático de Mínimos Quadrados (MQ) não recursivos, do modelo de uma junta rotacional de um manipulador cilíndrico acionado por Motor de Indução Trifásico (MIT) e a aplicação de controladores Proporcional-IntegralDerivativo (PID) e PID Two Degree Of Freedom (2-DOF). A partir do modelo de 2ª ordem encontrado por MQ da junta do manipulador robótico, é realizada a identificação do modelo de 1ª ordem, pelo método da curva de reação ao degrau para se calcular os parâmetros K, τ e θ dos métodos de sintonia propostos para controlar a velocidade. Foram utilizados os métodos de sintonia Ziegler/Nichols (ZN), Chien-Hrones-Reswick (CHR), Internal Model Control (IMC) e Skogestad IMC (SIMC). Para comparar os resultados dos controladores são utilizados os critérios de desempenho: tempo de subida (rise time (tr)), tempo de acomodação (settling time (ts)), sobressinal (overshoot), Integral of the Absolute Error (IAE) e Integral of the Square Error (ISE). Foram realizadas simulações com os perfis de entrada a degrau positivo e negativo e entrada senoidal para se avaliar o desempenho dos controladores PID e PID 2-DOF para cada método de sintonia proposto. Nas simulações o controlador PID apresentou melhores desempenhos para os métodos de sintonia propostos em relação aos apresentados pelo PID 2-DOF, com destaque para o método de sintonia ZN que obteve o melhor tr , o método CHR com o melhor ts e o método IMC que não apresentou overshoot. Por fim, foi realizada a implementação em bancada experimental do controlador PID com os métodos de sintonia ZN e IMC obtendo resultados satisfatórios em ambos os casos, com o destaque de melhores tr e ts do método IMCSilva, Francisco Heleno Vitor da. Identificação de Parâmetros de uma Junta de um Manipulador Baseado em Mínimos Quadrados para Controle de Ganho Constante. 2023. 82f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.Identificação de Parâmetros de uma Junta de um Manipulador Baseado em Mínimos Quadrados para Controle de Ganho Constanteinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPID 2-DOFMétodos de sintoniaMínimos QuadradosManipulador RobóticoPID 2-DOFTuning methodsLeast SquaresRobotic Manipulatorinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/7015269862482343http://lattes.cnpq.br/28736759733037282023ORIGINAL2023_dis_fhvdasilva.pdf2023_dis_fhvdasilva.pdfapplication/pdf2806662http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/76706/3/2023_dis_fhvdasilva.pdf2cbd63f5766215cbf14408f7eba01f4fMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/76706/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/767062024-03-27 15:08:33.991oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-03-27T18:08:33Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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