defesa mestrado

Projeto e implementação do controle de posição de

uma antena de radar meteorológico através de

servomecanismos

Apresentação para Defesa de Dissertação de Mestrado

Eng. Fabiano Armellini

Orientador: Prof. Dr. Agenor de Toledo Fleury

2

CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA

OBJETIVOS DO TRABALHO

1. Levantar e estudar os fatores relevantes para

especificação de um projeto de controle de posição de

uma antena-radar através de servomecanismos;

2. Apresentar uma proposta de projeto de controle de

posição através de servomecanismos;

3. Propor um modelo estrutural teórico consistente do

conjunto antena-radar para fins de simulação dinâmica

e análise modal da estrutura;

4. Apresentar a implantação do sistema de controle

proposto num projeto real de Engenharia, para o

servomecanismo de uma antena de radar

meteorológico.

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RADAR

Radares são sensores eletrônicos que empregam ondas

eletromagnéticas para detectar e localizar objetos materiais

no espaço

4


SISTEMA DE COORDENADAS

Azimute

Elevação

Distância

5


MÓDULOS PRINCIPAIS DE UM SISTEMA RADAR

6


APLICAÇÕES CLÁSSICAS DE RADAR

7


ESTRATÉGIAS PARA PROBLEMA DE CONTROLE

• Servomecanismo

• Phase array

• Hexapod (Stewart)

8


CONTROLE POR SERVOMECANISMOS

Acionamento manual

9


CONTROLE POR SERVOMECANISMOS

Controle automático

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CONSIDERAÇÕES PARA ESPECIFICAÇÃO DO

PROJETO

1. Características em relação ao alvo (tamanho, alcance, plano de vôo etc)

2. Peso total do conjunto

3. Tamanho e peso dos componentes

4. Resolução angular do sensor de posição

5. Tolerâncias mecânicas

6. Aceleração e Velocidade máximas

7. Precisão de Apontamento (estática e dinâmica)

8. Características dinâmicas (flexibilidade, harmônicos) do mecanismo

9. Consumo

10. Ambiente de operação (temperatura, vento, umidade, salinidade)

11. Distância entre o pedestal e a eletrônica de controle

12. Curso angular requerido (volume de alcance)

13. Condições de contorno de envelope

14. Requisitos de operação e interface

15. Características RF do radar

16. Potência de transmissão

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CONSIDERAÇÕES TECNOLÓGICAS

1. Escolha do servomotor

2. Escolha do sensor de posição angular

3. Definição do controlador

SEGURANÇA

1. Repouso da antena

2. Proteção de fim-de-curso da antena

3. Radome

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PROPOSTA DE CONTROLE

13


CONTEXTO DE SOFTWARE

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MODOS DE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

• Teste

• Posição

• Velocidade

• Ecartometria (ou modo erro)

• Designação

• Varredura

Modos de

operaçãoDesignação

Varredura

Normal

AZ

EL

Setorial

Normal

Setorial

posEL

posAZ

posEL

velAZ

posEL

velAZ

lim+

lim-

posAZ

velEL

posAZ

velEL

lim+

lim-

Velocidade

velEL

velAZ

Erro

EL

AZ

Teste

Posição

NumTeste

posAZ

posEL

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ARQUITETURA DE SOFTWARE

16


MODELAGEM DO OBJETO DE CONTROLE

ccm

cc bN

kJ

c

mmmm

NN

kJ

RLs

1

sVsV

sIsG

bm

el

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MODELAGEM DO OBJETO DE CONTROLE

c

2m

2m

22cm

2c

2

m

m1

JNJksNbJsNJJs

kbssJN

s

ssG

kbssJsN

k

s

ssG

2cm

c2

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RESPOSTA DO SISTEMA (elevação)

ROOT LOCUS BODE PLOT

19


EFEITO DA VARIAÇÃO DO GANHO DA MALHA

INTERNA SOBRE OS PÓLOS DE MALHA ABERTA DA

MALHA EXTERNA

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MALHA EXTERNA

21




MALHA EXTERNA

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BANDA PASSANTE

• Depende das especificações de performance dinâmica

exigidas para o radar:

Velocidade angular máxima

Aceleração angular máxima

Erro máximo de apontamento

Estático

Dinâmico

• Para um radar meteorológico: performance dinâmica

não é muito importante. O importante é o mecanismo

oferecer em tempo real a leitura do encoder, para que o

processador interpole corretamente

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BANDA PASSANTE (cont.)

• Para um radar de trajetografia: verificar a necessidade de

banda para cada uma das condições críticas (velocidade e

acerelação máximas)

• Exemplo:

max = 10o/s com max = 0,3o fmax < 0,91Hz

max = 10o/s2 com max = 0,3o fmax < 5,33Hz

Banda passante mínima da malha fechada

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ANÁLISE MODAL

• Evitar que haja harmônicos da estrutura dentro da banda

passante do sistema

• Para isso, foi elaborado modelo FEM para simulação

• Validação do modelo por análise modal experimental

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ANÁLISES REALIZADAS

• Análise Estática

Peso próprio

Rigidez do mecanismo a torção

Momento de inércia em relação aos eixos de rotação

Torque máximo de vento

• Análise Modal

• Levantamento da resposta em freqüência

Excitação em azimute

Excitação em elevação

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MODELO FEM

Legenda:

Alumínio E = 7,0e4 MPa = 0,3 = 2,8e-9 ton/mm3

Aço E = 2,1e5 MPa = 0,3 = 7,85e-9 ton/mm3

FixaçãoDx = 0 mm

Dy = 0 mm Dz = 0 mm

Modelo em EF

45958 Nós

43779 Elementos

254877 DOFs

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ANÁLISE ESTÁTICA – PESO PRÓPRIO

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ANÁLISE ESTÁTICA – TORQUE DE VENTO

Perpendicular (0o)

Inclinada (45o)

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ANÁLISE ESTÁTICA – DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ

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ANÁLISE ESTÁTICA – DETERMINAÇÃO DA INÉRCIA

Azimute

Elevação

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LEVANTAMENTO DA RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA

Ponto 4 Ponto 5

Ponto 6

Ponto 7

Ponto 3

Ponto 2

Ponto 1

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ANÁLISE MODAL

1º Modo: 5.43 Hz 2º Modo: 9.60 Hz

3º Modo: 13.95 Hz 7º Modo: 16.03 Hz

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ANÁLISE MODAL EXPERIMENTAL

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CÁLCULO DA RESSONÂNCIA DA PLATAFORMA

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CÁLCULO DA RESSONÂNCIA DA PLATAFORMA

a

b

4224nb

3

ba

2

a

3D

3

2f

2

3

112

EhD

D8

3

2f ba para

2n

fn~1,02 Hz

Dados:

- Vão: 1660x1660mm

- Espessura: 33mm

- Material: Aço 1020

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IMPLANTAÇÃO

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IMPLANTAÇÃO

vídeos

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AGRADECIMENTOS

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