Laboratório virtual de sistemas de controlo: realidade virtual

Abstract

Este projecto visa a implementação de um laboratório virtual de sistemas de controlo na aplicação computacional Matlab, integrando as ferramentas Virtual Reality Toolbox (VRT) e Simulink. Desse modo criaram-se três modelos virtuais de sistemas de controlo e a sua respectiva animação 3D em tempo real: - Controlo de velocidade de um veículo, cujo controlo foi efectuado usando dois controladores: PI e Atraso. - O controlo de velocidade angular de um motor DC foi efectuado com um controlador PI, compensador tipo cancelamento & implantação de pólo e avanço. - Controlo do nível num esquema de dois tanques acoplados, cujo controlo foi realizado através de um P, PI e através de um compensador de servo sistemas com degrau como sinal de referência. O projecto dos controladores foi executado recorrendo a técnicas de controlo clássico e moderno para compensação de sistemas lineares. Por este facto, primeiro determinaram-se os modelos matemáticos lineares dos três casos de estudo e em seguida fez-se o ajuste dos parâmetros dos controladores baseados nos modelos lineares. Para cada caso, integrou-se a dinâmica com os ambientes virtuais 3D implementados usando as ferramentas de simulação e blocos Simulink e Virtual Reality Toolbox. Dos resultados experimentais concluiu-se que os modelos implementados demonstram correctamente o funcionamento integrado dos modelos lineares de sistemas de controlo com os modelos virtuais 3D, podendo estes servir os alunos das cadeiras de Sistemas e Controlo I e Sistemas e Controlo II.

This project intends to build a virtual laboratory for control systems in Matlab computational environment, integrating the Virtual Reality Toolbox (VRT) and Simulink. Thus three control systems virtual models were created, as well as their respective real time 3D animation: - Car cruise control, whose control was implemented using two types of controllers: PI and Lag controller. - DC motor angular speed control which was done by a P, a PI, a Cancel & Placement of pole and a Lead controller. - Level control in a two coupled tanks system, which was controlled by a P and PI controllers and by servo system design. The controllers were designed through classic and modern techniques for compensation of linear systems. Hence, in rst place all three study cases mathematical linear models were determined and then controller parameters were tuned based on these linear systems. For each case, its dynamic was integrated with its respective 3D environment using Simulink and Virtual Reality Toolbox simulation tools and blocks. The data acquired from the experiments allows to come to the conclusion that the models created show the correct integrated operation of the linear models of the control systems with the 3D virtual scenes created and that this virtual laboratory could serve students of Control Systems I and Control Systems II courses for the next academic year.