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Aplicações de controladores FOPID na engenharia mecatrônica

FOPID controllers come from the PID controller’s generalization by fractional calculus formulations and therefore have a greater tuning capacity compared to traditional controllers. Therefore, this paper sought out to realize a case study survey in the mechatronics engineering context comparing PID...

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Autor principal:	Hartmann, Mikael Nedel
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:	Controladores PID Mecatrônica Robótica Controle de processo PID controllers Mechatronics Robotics Process control CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28013
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spelling	riut-1-280132022-04-14T06:07:41Z Aplicações de controladores FOPID na engenharia mecatrônica FOPID controllers applications in mechatronics engineering Hartmann, Mikael Nedel Campos, Paulo Roberto Brero de Campos, Paulo Roberto Brero de Lima, Carlos Raimundo Erig Sovierzoski, Miguel Antonio Controladores PID Mecatrônica Robótica Controle de processo PID controllers Mechatronics Robotics Process control CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA FOPID controllers come from the PID controller’s generalization by fractional calculus formulations and therefore have a greater tuning capacity compared to traditional controllers. Therefore, this paper sought out to realize a case study survey in the mechatronics engineering context comparing PID and FOPID controllers’ performance. For the process control scope, the FOMCON toolbox was used, what allowed inserting fractional powers in transfer functions. Then, utilizing the evolutionary algorithm PSO to search for parameters for performance index minimization, simulations were executed for a level control system, for a stirred tank heating system and for a unknown system’s SOPDT approximation. While for robotics systems, manipulator robots’ kinematics and dynamics configurations of two, four and six degrees of freedom were modeled. As computed torque was the law applied in these systems, in time domain, numerical problems from GrünwaldLetnikov numerical fractional derivative formulations were corrected by adaptative memory approach. The simulations outcome confirmed the hypothesis that FOPID controllers’ flexibility results in a better or at least equivalent performance in comparison to PID. Thus, it was shown that FOPID is able to provide a degree of improvement in performance index for each analyzed system. Controladores FOPID advém da generalização do controlador PID por meio das formulações do cálculo fracionário e por conseguinte possuiu uma maior capacidade de ajuste em relação aos controladores tradicionais. Logo, neste trabalho buscou-se realizar um levantamento de estudo de casos no contexto da engenharia mecatrônica comparando o desempenho de controladores PID e FOPID. Para o escopo de controle de processos, foi usada a toolbox FOMCON que permite inserir expoentes fracionários nas funções de transferência. Então, utilizando-se do algoritmo evolucionário PSO para a busca dos parâmetros que minimizam os índices de desempenho, foram realizadas simulações para um sistema de controle de nível, para um sistema de aquecimento de tanque agitado e para uma aproximação SOPDT de um sistema desconhecido. Enquanto para os sistemas robóticos, foram modeladas a cinemática e dinâmica de robôs manipuladores com configurações de dois, quatro e seis graus de liberdade. Como a técnica empregada nestes sistemas foi a de torque computado, no domínio do tempo, corrigiu-se os problemas numéricos provenientes da formulação da derivação fracionária numérica de Grünwald-Letnikov por meio da técnica de memória adaptativa. Os resultados das simulações confirmaram a hipótese de que a flexibilidade dos controladores FOPID implicam em um desempenho melhor ou no mínimo equivalente relação ao PID. Assim, mostrou-se o grau de melhora dos indicadores de desempenho que o FOPID pôde proporcionar para cada sistema analisado. 2022-04-13T18:26:40Z 2022-04-13T18:26:40Z 2021-07-22 bachelorThesis HARTMANN, Mikael Nedel. Aplicações de controladores FOPID na engenharia mecatrônica. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecatrônica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28013 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Engenharia Mecatrônica UTFPR
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