Projeto Final

Atvidades

Data: 10/11/2022

Planejado: verificar que timer’s do Arduino usar para trabalhar com:

• interrupção à $f_s=400$ Hz, para gerar os pontos da onda quadrada na freq $f=40$ Hz. Alias, respeitando teorema da amostragem, deverímos gerar pontos numa “velocidade” $10\times$ maior, dai $f_s=400$ Hz. Verificar/calcular timers adequados para tanto.

• Saída PWM: conferir que timers o sketch do Arquino já reserva para saída PWM.

• prever interrupção de hardware para interface mais “prática” com o usuário. Note: como vamos indicar ao Arduino quando o mesmo deve gerar a onda quadrada e quando ele deve cessar a onda quadrada? Mais tarde, quando vamos querer testar o algoritmo do PID sobre o kit real Feedback, será necessária alguma estratégia semelhante para indicar:

• rodar algoritmo de controle/suspender algoritmo de controle:

  • eventualmente um simples botão tipo “ESC”. Com algum feedback visual (led!?) para indicar “status” do Arduino.
  • basicamente neste caso, o kit se comporta como um controlador quase industrial com os modos:
    • modo manual; (malha aberta, usuário controla diretamente amplitude do sinal atuador, $u(t)$);
    • modo automático (executando algoritmo do PID);
    • modo de sintonia (explorando algum método).

• modificar ganhos do PID. Neste caso, são vários parâmetros:

  • subir/baixar $K_p$;
  • subir/baixar $K_i$ ou $T_i$;
  • subir/baixar $K_d$ ou $T_d$.

• sintonia de PID variando $K_p$? Neste caso, vamos querer encontrar na prática o $K_u$. Vamos necessitar então:

  • subir/baixar $K_p$;
  • talvez um botão extra para ativar/desativar caprura de dados!?

• ativar/desativar método do relé.

Interfaces já realizadas (Processo da Bola no Tubo)

A alguns anos atrás já foi implementado curso, via TCC, um kit para laboratórios de controle digital baseado no processo da “bola no tubo”, no qual, a idéia é controlar a altura de uma bola dentro de tubo submetido a uma corrente interna de ar.

Aparência física do processo:

Neste processo, o usuário especifica a altura desejada para a bolinha, entre 0 a 550 mm. Onde $h=0$ significa que a bolinha está “apoiada” na base do tubo; e onde, travas (fios de nylon) não permitem que a bola ultrapasse $h=55$ ccm de altura correndo o risco de sair do tubo.

As interfaces do usuário com este processo eram:

• interface de saída:

  • Display LCD de 16x2:

    

• interface de entrada, com processo no moto automátivco (algoritmo de controle sendo eecutado):

  • teclado matricial 4x3:

    

    onde:

    • a tecla * atuava como um “ESC” e;

    • a tecla # como um “ENTER”.

      Nota: obviamente, outras teclas eram liberaradas para uso interativo com um menu de operações com este sistema.

• Detalhe: se faz planejar alguma interface simples e mínima com o usuário que não necessariamente seja via porta serial (comunicação USB).

Gerador PWM no Arduíno

A ideia aqui é gerar um nível DC para atuar como sinal atuador de controle para o kit da Feedback. Temos que disponibilizar uma tensão DC variando entre 0 até 5 Volts numa das entradas do módulo Servo Amplificador (SA150D). Eventualmente (para atuar como um seguidor de tensão), podemos usar o módulo pré-amplificador (PA150C) para a partir deste, injetar o sinal de controle no módulo Servo Amplificador. Algo semelhante ao ilustrado na próxima figura:

Supondo que vamos gerar a onda senóidal na faixa dos 40 Hz, uma boa frequencia de corte para o filtro passa-baixas aqui seria a partir dos 400 Hz.

É bom lembrar que o sinal PWM gerado por “default” pelo Arduino, parece:

• pinos 5 e 6, vibrando na frequencia de 980 Hz, compartilhando o Timer0 com as funções delay() e millis() — ver “Arduino Analog Output:Impossible Analog; using Digital Pins. How to generate an Analog Output varying from 0V to 5V using only Digital pins!” (acessado em 03/11/2022)
• pinos 3, 9, 10 e 11, vibrando na frequencia de 490 Hz, usando, dependendo do pino, o Timmer1 ou o Timmer2.

A tabela a seguir detalha melhor que temporizadores do Arduino trabalham com que pino para gerar sinal PWM:

Note que:

• Timer0: usado pelos pinos 5 e 6;
• Timer1: usado pelos pinos 9 e 10;
• Timer2: usado pelos pinos 3 e 11.

Fernando Passold, em 10/11/2022