Controlo de um sistema servopneumático para ensaios de fadiga

Abstract

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de uma plataforma de controlo distribuído e em tempo-real de uma máquina servopneumática, para a realização de ensaios que envolvam o controlo de força e posição. O sistema é composto por um controlador reconfigurável CompactRIO® e foi totalmente programado com a linguagem LabVIEW. A plataforma de software foi estruturada de modo a assegurar ensaios de execução ininterrupta ao longo de várias semanas, e permitir monitorização web. Foram implementados diversos controladores lineares e não lineares, nomeadamente controladores PID (lineares e não lineares), baseados em lógica difusa (com uma e duas entradas) e híbridos destes. O maior ênfase é dado ao controlo baseado na lógica difusa, onde se averiguam as suas potencialidades para moldar a contribuição das componentes integral e derivativa na construção dos controladores híbridos, e também o desempenho possível de ser obtido definindo o erro como a única entrada do controlador. O comportamento dos diversos controladores é descrito por meio de diagramas de estado. São indicados resultados relativos ao erro estacionário e no seguimento de várias trajectórias. Sem alteração dos parâmetros dos controladores, atingem-se erros inferiores a 2 μm no posicionamento arbitrário de uma massa de 6,2 Kg, e erros inferiores a 1,5 N no controlo de força. São também obtidas boas prestações no seguimento de diversas trajectórias de controlo de posição e força.

ABSTRACT: The present thesis proposes the development of a distributed control platform for real-time operation of a servo-pneumatic fatigue test machine in order to perform tests involving the control of the force and position. The system consists of a CompactRIO® reconfigurable controller and it was fully programmed using LabVIEW language. The software platform was designed and developed in order to guarantee non-interrupted cycling tests over several weeks and, at the same time, to allow web monitoring. Several linear and nonlinear controllers were implemented, namely PID controllers (linear and nonlinear), fuzzy logic controllers (with one and two input variables) and their hybrids. Special attention is given to the fuzzy logic control, evaluating its potential to tune the integral and derivative components in the development of hybrid controllers. On the other hand, the performance obtained by defining the error as the only fuzzy logic controller input will also be analyzed. The behavior of the several controllers is described by using state diagrams. Results relating the static error and trajectory following errors are also presented. Errors below 2μm for an arbitrary positioning of a 6,2Kg mass and errors below 1N for the force control were reached, without retuning the controllers. Good results are also obtained in trajectory following tasks.