Lab. Processamento Digital de Sinais e Controle Digital

ECP/2024.1

Tópicos previstos:

Parte de Controle Digital:

• Equação de diferenças do controlador à partir de $C(z)$ (eq. do controlador no plano$-z$);

• O PID Digital (teoria, codificação);

• Sistema modular MS150 da Feedback Instruments (adquiridos em 1995, ⏳; atual Modular Servo System da Leybold) (ambas marcas inglesas; Pedidos de Renovação: 2012.1; 2014/38593 - custo unitário ≅ US$ 1.250,00);

• Arduino & Interrupções (rotinas ISR);

  • Exemplo 1) Senóide de 40 Hz, usando saída PWM filtrada;
  • Exemplo 2) Onda triangular de 0,1 Hz, usando saída PWM filtrada;

• Sintonia prática de PID Analógico usando kit Feedback (Lab. de Controle), para controle de posição angular.

  • Método de Sintonia baseada na busca pelo Ultimate Gain ($K_u$) e período de oscilação $T_u$ (teoria);
  • "Método do Relé" para sintonia de PID: parte 1 e parte 2.

• Setup previsto para placa Arduino + kits Feedback;

• PID digital usando Arduino (rotina ISR, tempo de amostragem de 1/100 segundos; interface com usuário via Monitor Serial e Serial Plotter do Arduino);

• Como trabalhar com módulo MPC725 (DAC I2C para Arduino/Raspberry);

• Exemplo de sintonia de PID analógico no controle de posição angular usando Kit Feedback.

• Sistema de Aquecimento para Xícara de Café ☕ (21/05/2024). Trabalho #1: O algoritmo de controle deve ser baseado em ISR (rodando a 1 ou 10 Hz; não nos 100 Hz do PID exemplo!). Este algoritmo de controle deve ser do tipo Proporcional. Alguma "sintonização" deve ter sido realizada. O algoritmo deve interagir com o usuário via porta serial/USB. Isto é, parâmetros como temperatura desejada e ganhos do controlador devem poder ser variados em tempo de execução (e não através de sucessivas compilações e transferências de código para placa). Deadline: Este primeiro projeto deve ser apresentado até 04/06. A apresentação será realizada no primeiro intervalo da aula de 04/06, 20 minutos no máximo para cada equipe. A equipe pode apresentar um pequeno documento (de até 3 páginas) intitulado "Memorial do Projeto" que deve ressaltar detalhes do algoritmo implementado, como o controlador foi sintonizado, modificações realizadas no código exemplo do PID (fornecido na página WEB da disciplina) e eventualmente gráficos com resultados obtidos. Mas lembrem-se: são apenas 3 páginas, fonte tamanho mínimo de 9 pontos. O código (arquivo .ino ou .cpp) deve ser enviado para o professor por email.

• Trabalho #2: Controle de Luminosidade (04/06/2024). O algoritmo de controle deve ser baseado em ISR (rodando a 1 ou 10 Hz; não nos 100 Hz do código exemplo para um PID). 🫵 Atenção: Este algoritmo de controle deve ser do tipo PI ou PID. ⚠️ Deve ser implementando um Filtro de Média Móvel (variando de 4 à 10 passos) para as informações adquiridas por parte do sensor (LDR). Alguma "sintonização" deve ser realizada. O algoritmo deve interagir com o usuário via porta serial/USB. Isto é, parâmetros como luminosidade desejada e ganhos do controlador devem poder ser variados em tempo de execução (e não através de sucessivas compilações e transferências de código para placa). Deadline: Este segundo projeto deve ser apresentado até 18/06. A apresentação será realizada no primeiro intervalo da aula de 18/06, 20 minutos no máximo para cada equipe. A equipe pode apresentar um pequeno documento (de até 3 páginas) intitulado "Memorial do Projeto" que deve ressaltar detalhes do algoritmo implementado, como o controlador foi sintonizado, modificações realizadas no código exemplo do PID (fornecido na página WEB da disciplina) e eventualmente gráficos com resultados obtidos. Mas lembrem-se: são apenas 3 páginas, fonte tamanho mínimo de 9 pontos. O código (arquivo .ino ou .cpp) deve ser enviado para o professor por email.

• 🧑‍💻 Configurando uma placa ESP32.

• Programando ESP32 no Terminal;

• Usando VSCode com ESP32;

• FreeRTOS:

  • Introdução à FreeRTOS;

  • Criação de tasks síncronas → uso da função xTaskCreate();

  • Uso da função vTaskDelayUntil();

  • Definição de prioridades;

  • Exemplo 1 de Controle Digital usando tasks síncronas.

    Obs.: Infelzimente o FreeRTOS não possibilita task síncrona com $f_s>$ 1 KHz. Motivo pelo qual não será usada para atividades práticas envolvendo processamento digital de sinais na fáixa de audio.

• Tentando gerar onda quadrada à 10 KHz (usando timer de alta-resolução; não mais FreeRTOS).

Parte de Processamento Digital de Sinais:

• Filtro Passa-Baixas exponencial: teoria;

• Filtro de Média Móvel;

  • Função filter() no Matlab;

    • Usando algoritmo FFT (no Matlab);

      • Exemplo de uso de Espectro de um Sinal (Espectro de sinal de bateria; tentativa de recomposição do sinal).

• Projeto de Filtros:

  1. "Projeto por emulação" → Transformações biliares: Método de Tustin.

     1. Filtro Passa Baixas de 1a-ordem e Butterworth de 2a-ordem (uso do método de Tustin): Revisando Diagrama de Bode, Funções Transferência e FFT - baseado em: How to design and implement a digital low-pass filter on an Arduino, (de 20/06/2021, Curio Res) - (material em inglês, mas ótimas animações enfatizando uso, papel da magnitude e do atraso num filtro passa-baixas) - (Acessado em 20/05/2024).

  2. Projeto usando alocação pólo-zero: Filtro Notch sobre sinal de ECG (Eletrocardiograma).

   

* Lista de compras (solicitada em 14/03/2024).