SISTEMA DETREINAMENTO EM

SERVO-MECANISMO

Manual de Experincias

ED-4

400B

1NDICE

I. INTRODUO.............................................................................................................................................. 02II. EQUIPAMENTOS AUXILIARES NECESSRIOS........................................................................................... 02

III. INFORMAES GERAIS PARA O USO DO ED-4400B................................................. 02IV. EXPERINCIAS RELACIONADAS A APLICAES PRTICAS......................................................... 04EXPERINCIAS 1 VELOCIDADE DO MOTOR X CARACTERSTICAS DE ENTRADA ................. 04

EXPERINCIAS 2 VELOCIDADE DO MOTOR X CARACTERSTICAS DA CARGA...................... 06

EXPERINCIAS 3 RESPOSTA TRANSIENTE DE UM MOTOR DC .................................................. 08

EXPERINCIAS 4 AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO DETETOR DE ERRO....................... 10

EXPERINCIAS 5 CONTROLE DE VELOCIDADE EM MALHA FECHADA.................................... 13

EXPERINCIAS 6 GANHO DO SISTEMA X CONTROLE DE VELOCIDADE ................................. 16

EXPERINCIAS 7 CONTROLE BIDIRECIONAL DE VELOCIDADE................................................. 20

EXPERINCIAS 8 CONTROLABILIDADE DA VELOCIDADE DO MOTOR ................................... 23

EXPERINCIAS 9 ERRO NO CONTROLE DE POSIO.................................................................... 25EXPERINCIAS 10 CONTROLE DE POSIO EM MALHA FECHADA............................................ 27EXPERINCIAS 11 RESPOSTA TRANSIENTE DE UM CONTROLE DE POSIO ......................... 29EXPERINCIAS 12 REALIMENTAO DE VELOCIDADE E CONTROLE DE POSIO............... 31EXPERINCIAS 13 ESTABILIZAO DE UM SISTEMA INSTVEL DE CONTROLE DE POSIO....... 33EXPERINCIAS 14 CONSTRUO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE POSIO.................... 35APNDICE: DIAGRAMA DOS CIRCUITOS DE CADA MDULO........................................................... 36

2I. INTRODUOO principal objetivo do Sistema Servo Modular ED-4400B auxiliar o usurio no aprendizado dos fundamentos desistemas servo DC em malha fechada, os quais so desenvolvidos de forma a integrar a teoria e a prtica, emexperincias elaboradas passo a passo.

Este manual apresenta quatorze experincias que so essenciais para a compreenso de servo sistemas DC.

Os procedimentos so apresentados passo a passo neste manual, de forma a capacitar o usurio a entender como um servosistema DC funciona e quais so as suas aplicaes prticas.

Cada experincia deste manual apresentada da seguinte forma:

A: Introduo Terica - Toda a teoria bsica, necessria para o entendimento do contedo da experincia apresentada nestaetapa.

B: Procedimento - Corresponde s instrues passo a passo para a execuo da experincia.

C: Resumo - Concluses obtidas com a realizao da experincia

O Sistema ED-4400B apresentado em forma modular. Tudo o que o usurio tem que fazer simplesmente, realizaras ligaes entre os mdulos, conforme apresentado nos diagramas de ligao em cada seo.

II. EQUIPAMENTOS AUXILIARES NECESSRIOSPara maximizar a eficincia do aprendizado, o usurio necessita de alguns equipamentos de medidas e testes, listados a seguir:

- Osciloscpio: O osciloscpio dever ser do tipo duplo trao, permitir operao X-Y. Os ganhos dos amplificadores de sinaisX e Y devem ser ajustveis.

- Voltmetro: Dever apresentar alta impedncia de entrada e o fundo de escala de tenso DC dever ser de pelo menos 15V.

III. INFORMAES GERAIS PARA O USO DO ED-4400B1. No existe localizao especfica para cada mdulo usado na experincia, quando no existe um layout indicando a forma

de montagem, o usurio pode determinar a localizao de cada mdulo em cada experincia.

2. A conexo entre o servo motor e o potencimetro (U-158) deve ser feita manualmente. Deve-se assegurar que o motor DCno apresenta carga no incio (na partida). A conexo do motor deve ser feita para a mais baixa velocidade, a qual correspondea 1/60 da velocidade do motor.

3. O conjunto de freio deve ser acoplado com a seta indicando a mxima velocidade do Servo Motor. O conjunto de freio noapresenta nenhum efeito de carga mecnica quando a indicao na escala zero.

4. O taco gerador, que gera um sinal AC proporcional a velocidade do motor, acoplado diretamente ao servo motor, nomesmo eixo. A Unidade Taco Amplificadora (U-155) realiza a converso frequncia/tenso (F/V), que utilizada comosinal de realimentao, no sistema.

5. No caso de indicao de sobre-carga, a unidade de alimentao (U-156) deixa de fornecer corrente, deve-se desligaro equipamento da rede eltrica e verificar a causa do excesso de corrente.

6. Em todas as experincias deste manual, a velocidade do motor indicada em volts. Havendo uma relao direta entre asgrandezas, ou seja, a mais alta velocidade, corresponde ao maior valor indicado de tenso.

37. A rampa de sada da Unidade Geradora de Forma de Onda (U-162) est em fase com o sinal de sada. A rampa de sada utilizada como um sinal de entrada para o osciloscpio (entrada X) quando o equipamento est em modo de operao X-Y. O modo de operao X-Y do osciloscpio faz com que a resposta do sistema seja muito mais visvel.

8. Para simplificar os diagramas de ligao, as conexes dos mdulos com a fonte de alimentao de + - 15V no sorepresentadas. Mas devem ser feitas para todos os mdulos utilizados na experincia.

9. A seguir apresentamos uma relao de todos os mdulos disponveis para o sistema.

U-151 Atenuador Duplo (0, 9/10 ... 1/10, etc)U-152 Amplificador Somador (Ganho: 0 dB e pode ser modificado com componente externo)U-153 Pr-Amplificador (Ganho: 20 dB)U-154 Driver Amplificador do Motor ( Ganho: 0 dB)U-155 Unidade Circuito do TachoU-156 Fonte de Alimentao DC (+15 V 0,5 A, -15 V 0,5 A)U-157 Potencimetro (Referncia; valor 1 Kohm/ 5 W)U-158 PotencimetroU-161 Unidade do Servo Motor - Motor: 12 V / 4,5W

- Tacho Gerador: cerca de 3V/5000 RPMU-162 Gerador de Funo 0,1 - 1 Hz; 1 - 10 Hz e de Rampa de SadaU-163 Eletro-Magneto: Freio (10 posies)

Figura de Identificao de cada Mdulo

Fig. 1

4IV. EXPERINCIAS RELACIONADAS APLICAES PRTICAS

EXPERINCIA 1. VELOCIDADE DO MOTOR X CARACTERSTICAS DE ENTRADA

A. Introduo Terica

Um motor de corrente direta inclui um enrolamento de armadura conectado a um comutador e polos magnticos que soexcitados por uma fonte DC ou que esto permanentemente magnetizados.

Um torque mecnico gerado quando a corrente flui pelo enrolamento. Os circuitos magnticos usados no motorDC do ED-4400B so magnetos permanentes, ou seja apresentam campo magntico constante. Sendo assim, avelocidade do motor depende exclusivamente do valor da tenso aplicada no enrolamento de armadura.

0 a

Fig. 1-1 Tenso de Entrada por Velocidade do Motor

Como est indicado no ponto "a", localizado no eixo X, o motor requer uma tenso mnima de entrada para iniciar a rotao.Isto ocorre devido ao atrito mecnico causado pelas escovas, engrenagens, etc.

Aumentando-se o valor da tenso de entrada, a corrente que passa pelo enrolamento aumenta e, por consequncia, tambmocorre o mesmo com a velocidade do motor.

Este processo se mantm at que o campo magntico nas bobinas da armadura atinja a saturao, ou seja, o campo magnticono mais aumenta com a variao de tenso aplicada ao enrolamento, e por consequncia a velocidade do motor no varia maiscom a tenso de entrada.

O motor do sistema energizado atravs do mdulo U-154 (Amplificador Driver de Motor).O controle da tenso de entrada obtido atravs do mdulo U-151 (Atenuador).A velocidade do motor, em RPM, indicada no mdulo U-159 (medidor para sinal de sada do taco-gerador).

Entrada de Voltagem

Velocidade de Rotao

5Fig. 1-2 Diagrama de ligao da Experncia 1

Fig. 1-3 Esquema do sistema equivalente Experincia 1

B. Procedimento

1. (Referente a figura 1-2) Conecte todos os mdulos como indicado.

2. Conecte o taco-meter (U-159) aos terminais indicados como Meter e GND no mdulo U-155.

3. Ajuste o boto do mdulo U-157 para indicar 180 graus.

4. Conecte o cabo de alimentao no mdulo U-156 e ligue.

5. Gire, lentamente, o boto do mdulo U-157 no sentido horrio, at que o motor comece a girar.

66. Varie lentamente a posio do boto do mdulo U-157 (sentido horrio), at que haja uma variao de 1 V na tenso de entrada;anote a velocidade do motor e a corrente indicadas. Repita este passo para vrios valores de tenso de entrada (comintervalos de 1 V, entre eles).

7. Construa um grfico de Velocidade X Tenso de Entrada com os valores obtidos.Observao: Caso a velocidade no se altere para variao de tenso de entrada, atingiu-se o ponto de saturao do motor,isto ocorre porque a tenso aplicada na entrada apresenta um valor elevado. Assegure-se de que este ponto no seja atingidopara a construo do grfico.

8. Construa um grfico de Velocidade X Corrente do Motor e observe a relao entre estes dois valores.

9. Os erros de medidas podem ser reduzidos se os passos 5, 6 e 7 forem repetidos diversas vezes.

C. Resumo

1. A velocidade de um motor DC, em um servo sistema, varia quase que linearmente com a tenso de entrada.

2. A corrente que passa pelo motor no apresenta uma relao linear com a tenso de entrada. A partir do ponto de saturaodo motor, a corrente do motor no varia se a tenso de entrada continuar aumentando.

3. O motor apresenta a denominada "zona-morta": para valores de tenso menores do que a tenso de entrada mnima o motorno gira. Isto ocorre devido a atritos mecnicos entre as peas que se movem, como engrenagens, escovas, etc.

EXPERINCIA 2. VELOCIDADE DO MOTOR x CARACTERSTICAS DA CARGAA. Introduo Terica

Uma tpica faixa de sada de um motor DC com magnetos permanentes varia desde alguns watts at quase cem watts.

Este tipo de motor apresenta eficincia relativamente alta.

O fluxo magntico no motor constante porque utilizam-se magnetos permanentes como plos magnticos. Assim, o torquedo motor proporcional corrente que passa pelo enrolamento de armadura. Da mesma forma, a fora eletromotriz proprocional velocidade do motor.

As relaes citadas anteriormente, obedecem s seguintes equaes:K = Constante (2-1)Ea = K m (V) (2-2)T = K Ia (N.m) (2-3)

onde:

K = fluxo magntico do magneto permanenteEa = Fora Eletromotriz EMF em voltsm= velocidade angular do motor em rad/segT = torque em N.mIa = corrente de entrada em A

As relaes entre a tenso de entrada e a corrente de entrada, e entre a velocidade e o torque so:

Vt= Ea +RaIa (V) (2-4)m= Vt/K - Rat/ (K )2 (rad/sec) (2-5)onde:Vt = tenso de entrada em voltsRa = resistncia da bobina de armadura

7Destas equaes podemos verificar que: para uma dada tenso de entrada, se a carga aumentar, a velocidade do motor reduz.Tambm, quando o torque aumenta, mais corrente flui pela bobina. A relao entre a velocidade do motor e a carga mostradana figura 2-2.

Fig. 2-1. Diagrama de ligao da experincia 2

Fig. 2-2 Velocidade do Motor X Caractersticas da Carga

Fig. 2-3 Esquema do sistema equivalente Experincia 2

8B. Procedimento

1. (Referente a figura 2-1) Conecte todos os mdulos como indicado.2. Ajuste os atenuadores no mdulo U-151 para "8". Ligue a fonte de alimentao. Ajuste o mdulo U-157 at que o mdulo

U-159 indique a mxima velocidade. Assegure-se de que o motor no esteja em estado de saturao.3. Aumente a posio do freio, passo a passo, desde o zero at 10 e anote os valores de RPM indicados no mdulo U-159 e

os de corrente do motor indicados no mdulo U-156, para cada posio do freio.

4. Diminua a posio do freio, passo a passo, desde o 10 at 0 e anote os valores de RPM indicados no mdulo U-159 e osde corrente do motor indicados no mdulo U-156, para cada posio do freio.

5. Usando os dados obtidos nos passos 3 e 4, construa grficos de posio do freio X tenso de sada e de posio do freioX corrente do motor.

C. Resumo

1. Cargas mecnicas aplicadas em um motor DC, reduzem a velocidade e aumentam a corrente do motor.

2. Sobrecargas causam fluxo excessivo de correntes, as quais podem danificar o motor. Vale lembrar que a potncia dissipadano motor igual ao valor da tenso de entrada multiplicada pela corrente que circula pelo motor.

EXPERINCIA 3. RESPOSTA TRANSIENTE DE UM MOTOR DCA. Introduo Terica

O sinal de entrada aplicado ao motor, nas experincia anteriores, sofria uma variao gradual, desta forma o motor respondiaa excitao de entrada sem que houvesse distoro. Entretanto, se a forma do sinal de entrada for uma funo degrau, a respostado motor apresenta caractersticas exponenciais.

Alm disso, a inrcia pode ser introduzida ao sistema atravs de um volante acoplado ao eixo de rotao, o que far com queo motor responda com atraso.

O atraso neste caso bidirecioinal, ou seja, quando o sinal de entrada reduzido, a velocidade do motor reduz com atrasotambm.

As figuras 3-1 e 3-2 ilustram a relao entre a velocidade e o tempo de resposta, com diferentes valores de inrcia.

Fig. 3-1 Fig. 3-2

Velocidade do Motor X Tempo de respostacom pequeno momento de inrcia.

Velocidade do Motor X Tempo de respostacom grande momento de inrcia.

Tempo

Velocidadedo Motor

Velocidadedo Motor

Tempo

9As caractersticas de sada mostradas anteriormente foram obtidas quando o motor estava submetido a um sinal de entradacomo mostrado na figura 3-4 a), e a entrada X do osciloscpio recebia um sinal como mostrado na figura 3-4 b):

Fig.3-4 Formas de Onda do sinal de Entrada

Fig.3-3 Diagrama de ligao do Experincia 3.

Fig. 3-5 Esquema do sistema equivalente ao Experincia 3

+V

-V

+V

T

b) Sinal de entrada no eixo X do osciloscpioa) Sinal de entrada no motor

10

B. Procedimento

1. (Referente a figura 3-3) Conecte todos os mdulos como indicado.2. Ajuste o osciloscpio para operar no modo X-Y. Conecte a rampa de sada do mdulo U-162 entrada X do osciloscpio.3. Ajuste a frequncia do mdulo U-162 para 0,1 Hz.4. Ligue o mdulo U-156.

5. Ajuste o sinal na tela do osciloscpio atravs do controle de ajuste de canal.6. Ajuste o mdulo U-151 e mantenha o motor fora da saturao (o mdulo U-151 pode ser substudo pelo mdulo U-157,

se for necessrio).7. Ajuste o sinal na tela do osciloscpio.8. Observe o trao resultante X-Y na tela do osciloscpio.

9. Desligue a fonte (mdulo U-156). Conecte um volante no eixo de mais alta velocidade do mdulo U-161. Ligue a fonte eobserve o sinal apresentado na tela do osciloscpio.

10. Repita os experincias anteriores com o volante colocado no eixo de mais baixa velocidade.

11. Desenhe grficos com os dados obtidos nos passos 7, 8 e 9.

C. Resumo

1. A resposta de um motor DC submetido a uma entrada em degrau foi observada na experincia. O motor apresentacaractersticas de atraso em funo das condies no ideais do motor, geradas pelo atrito entre as partes mveis; taisobservaes foram feitas incluindo-se um volante ao eixo do motor e analisando a inrcia apresentada.

2. A resposta transiente torna-se pior medida em que a inrcia no sistema aumenta.

EXPERINCIA 4. AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO DETETOR DE ERROA. Introduo Terica

O corao de um servo sistema o detetor de erro, o qual deteta a diferena entre um valor estabelecido e a sada atual de umsistema a qualquer momento. A deteo atual feita considerando-se a diferena entre o valor estabelecido (uma das entradasou referncia) e a amostra do valor de sada (ou sinal de realimentao) de um amplificador operacional.O amplificador operacional no sistema ED-4400B encontra-se na unidade U-152, amplificador somador. UmaCHAVE SELETORA na unidade permite que o usurio selecione a configurao de amplificador desejada.

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Algumas das configuraes bsicas de amplificadores so apresentadas na figura 4-1.

Figura 4.1 - Exemplos de aplicaes de amplificadores operacionais

Figura 4.2 - Diagrama de ligaes da experincia 4

12

A sada do amplificador na figura 4-1(a) dada pela equao a seguir:

Vo= R2 (V1+V2+V3) ----------------(4-1) R1

Quando R1a = R1b = R1c

No caso de R1 ser igual a R2, a sada Vo ser simplesmente a soma dos valores de V1, V2 e V3. A relao entre o sinal de entradae de sada dos outros dois circuitos, sero apresentadas junto de cada diagrama de circuito.

Em todos os exemplos citados a tenso de sada Vo no pode apresentar valor maior do que 12V.

Os circuitos apresentados na figura 4-1 podem ser configurados no mdulo U-152.

1) Chave na posio "a" corresponde a configurao mostrada em 4-1(a).

2) Chave na posio "b" corresponde a configurao mostrada em 4-1(c).

3) A configurao apresentada na figura 4-1(b) pode ser feita conectando-se o mdulo U-151 ao mdulo U-152 como mostradona figura 4-2.

Esta configurao (4-1-b), ser usada em nossa experincia.

Figura 4-3 - Diagrama do Circuito Equivalente Experincia 4

B. Procedimento

1. (Referente a figura 4-2) Conecte todos os mdulos como indicado.2. Ajuste a chave seletora SW no mdulo U-152 para a posio "EXIT".3. Ligue o mdulo U-156.

4. Usando um voltmetro ou osciloscpio, ajuste a tenso nos terminais de sada dos mdulos U-157 e U-158 em 0V.5. Ajuste o mdulo U-151 em 0.6. Mea a tenso de sada DC no mdulo U-152. Este valor dever ser bem prximo de 0V (ou menor do que 0,01V).7. Ajuste os mdulos U-157 e U-158 para que a sada seja de + 1V.

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8. Mea o valor de tenso na sada do mdulo U-152. Observe a relao entre as entradas.

9. Ajuste o mdulo U-151 em 5. Mea a sada de U-152.10. Ajuste o mdulo U-151 em 0. Ajuste os mdulos U-157 e U-158 para que as suas sadas no apresentem os mesmos

valores. Mea e anote a sada do somador no mdulo U-152.

11. Observe que a sada do mdulo U-152 uma funo da posio ajustada no mdulo U-151. Localize a posio onde a sadase torna negativa.

12. A posio "0" da chave no mdulo U-151 corresponde ao ganho unitrio (ganho=1). O ganho mximo na posio "10"da chave.

C. Resumo

1. Um amplificador operacional um amplificador linear, cuja sada proporcional entrada e inversamente proporcional aosinal de realimentao.

2. Dependendo da magnitude da realimentao, a impedncia de entrada do amplificador operacional deve ser muito alta, poisisto minimiza as perdas do sinal de entrada. Uma soma precisa de sinais, incluindo a polaridade dos mesmos, pode ser obtidautilizando-se um amplificador operacional.

EXPERINCIA 5.CONTROLE DE VELOCIDADE EM MALHA FECHADA

A. Introduo Terica

muito frequente a aplicao de motores DC; quando se tem a velocidade ajustada, ela dever ser mantida constante,independente da carga acoplada ao mesmo.

Em um sistema de controle de velocidade em malha fechada, o sinal de erro resultado da diferena entre a velocidade desejadado motor e a velocidade atual em qualquer momento. O sinal de erro amplificado e realimentado na entrada do amplificadorque atuar no sinal de sada.

Um sistema que apresente mecanismo de realimentao chamado de sistema de controle em malha fechada. Nas experinciasanteriores, os sistemas de controle foram desenvolvidos sem realimentao, estes sistemas so chamados de sistema decontrole em malha aberta.

A figura 5-1 ilustra a diferena bsica entre os dois sistemas.

Figura 5-1 Carga X Velocidade do Motor.(b) Malha Fechada(a) Malha Aberta

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Como podemos ver, um sistema que apresente uma malha de realimentao adequadamente dimensionada, oferece velocidadeconstante, independentemente da carga aplicada no motor.

Em um sistema de realimentao, importante haver amplificao suficiente para o sinal de erro. Em nosso sistema, no existeganho suficiente para o sinal de erro at a entrada do mdulo U-154, servo driver. Este ganho insuficiente resultar em uma"banda morta", que uma situao onde um controle automtico no atua.

Figura 5-2 Diagrama de ligao da experincia 5

Figura 5-3 - Diagrama do Sistema Equivalente ao Experimento 5

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B. Procedimento

1. (Referente a figura 5-2) Conecte todos os mdulos como indicado.2. Ajuste o circuito seletor do mdulo U-152 para a posio "a".3. Ajuste o potencimetro ATT-2 do mdulo U-151 para 10. Isto garantir que a sada do taco gerador estar amplificada. Ajuste

o potencimetro ATT-1 para 5.

4. Ligue U-156.

5. Ajuste o mdulo U-157 para que a velocidade do motor seja aproximadamente metade da velocidade mxima, o que equivalea 2500 RPMs no indicador do mdulo U-159.

6. Incremente o ajuste do freio em uma posio e anote o novo valor indicado no mdulo U-159.7. Anote o valor do sinal de erro como uma funo da posio do freio.

Observao: At este momento, no existe realimentao (o potencimetro ATT-2 est ajustado em 10), portanto o valorde tenso do sinal de erro depender da variao de entrada.

8. Ajuste o potencimetro ATT-2 do mdulo U-151 para 5. Ajuste o mdulo U-157 para que se obtenha a mesma velocidadedo passo 5 (2500 RPM).

9. Varie a posio do freio a cada vez, anote os valores apresentados no indicador de velocidade e o respectivo sinal de erro.Construa grficos de velocidade X posio do freio e de tenso (sinal de erro) X velocidade. ( Veja as figuras 5-4 (a) e (b) ).

10. Ajuste o potencimetro ATT-2 para 0. Reajuste o mdulo U-157 para que seja mantida a mesma velocidade (2500RPM).

11. Repita o passo 9.

12. Compare os resultados obtidos nos passos 3 7 (malha aberta) com os resultados obtidos nos passos 8,9 e 10, 11 (malhafechada).

(a) RPM x Posio do Freio(b) Erro de Sada x Posio do Freio

igura 5-4 Grficos a serem elaborados com os resultados obtidos

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C. Resumo

1. Em um sistema de controle em malha fechada gera um sinal de erro.A magnitude do sinal de erro proporcional a magnitude da reduo da velocidade quando aumenta-se o valor da cargaacoplada. A realimentao do sinal de erro no driver do motor atravs de um amplificador, tem a finalidade de compensara reduo da velocidade, tendendo a manter a velocidade constante.

2. Um sinal de realimentao excessiva tende a causar a reduo da velocidade com relao ao valor constante desejado.Isto significa que o sinal de realimentao, que aplicado ao amplificador somador, no pode ser maior do que o sinalaplicado na entrada do amplificador, o qual representa o valor de velocidade desejada. O sinal de realimentao deveser ajustado de acordo com a carga e o ganho do amplificador.

EXPERINCIA 6. GANHO DO SISTEMA X CONTROLE DE VELOCIDADEA. Introduo Terica

Os fundamentos de um sistema de controle de um motor em malha fechada so representados na figura 6-1. Quando uma tensode entrada (algumas vezes denominada tenso de referncia) aplicada a um amplificador somador, o motor comea a girara uma certa rotao, que diferente do valor desejado.Um taco gerador que est mecanicamente acoplado ao motor produz um sinal AC proporcional a rotao. Este sinal AC convertido em sinal DC, que ento aplicado a uma das entradas do amplificador somador, como o sinal de realimentao.

Em funo da configurao, onde uma das entradas um valor de tenso proporcional a rotao desejada e a outra um valorde tenso proporcional rotao desenvolvida pelo motor, a sada do amplificador operacional apresentar um valor de tensoque corresponde ao erro amplificado, sendo ento aplicado ao motor. Este processo continua at que a velocidade do motoratinja o valor desejado. Para mudar a velocidade do motor a tenso de referncia aplicada a entrada do amplificador deve tero ser valor alterado.

Figura 6-1 Sistema em Malha Fechada Bsico para Controle de Velocidade Constante

A velocidade do motor, que funo do sinal de erro, expressa da seguinte forma, em um sistema ideal.

o= K. E (6-1)onde:

o = velocidade do motorK = ganho do sistemaE = erro

O erro funo do sinal de entrada e do sinal de sada do taco gerador:

E = Vref - Kgo (6-2)

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Onde:

Vref o sinal de referncia ou sinal de entrada para o amplificador somadorKg a constante do taco geradorKg o representa a tenso de sada do taco gerador.

De (6-1) e (6-2)o = K (Vref - Kg o) ............... (6-3)o = KVref - K Kg

KVref - K Kg oKVref = 1 + K Kg o

o = KVref ........................... (6-4) 1+KKgSe K 1o Vref .......................... (6-5) Kg

As equaes apresentadas mostram que quando o ganho do sistema muito maior do que 1, a velocidade do motor somentefuno da tenso de entrada.

A relao entre o erro e o ganho pode ser desenvolvida de maneira similar.

E = Vref - Kg K E ................ (6-6)1 = Vref _ KgK EVref E = 1+Kg K

E= Vref ........................... (6-7) 1+Kg K

A equao 6-7 indica que a tenso de erro pode ser reduzida quando o ganho do sistema aumenta.

No servo sistema atual, isto significa que a largura da banda morta torna-se mais estreita a medida que o ganho aumenta, fazendocom que a flutuao em torno da velocidade desejada seja minimizada, at um certo nvel de variao de carga.Contudo, um ganho elevado no significa que o sistema esteja atuando melhor. Um ganho excessivo apesar de fazer o sistemaatuar rapidamente, causa variao de velocidade muito irregular no motor. Sendo assim, o controle do sistema exige que o ganhoseja adequado para minimizar as oscilaes em torno do valor desejado.As relaes apresentadas podem ser resumidas na figura 6-2.

1=

Figura 6-2 As relaes entre carga, erro evelocidade.

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Na figura 6-4, o mdulo U-155 que gera o sinal DC, que proporcional velocidade do motor. O sinal de sada do mduloU-155 muito importante para manter a velocidade do motor constante. O ganho ajustado no mdulo U-153 igualmenteimportante, ganhos muito baixos fazem com que sistema atue muito lentamente, enquanto ganhos muito altos causaminstabilidade no sistema.

Figura 6-3 Sistema Equivalente Experincia 6

Figura 6-4 diagrama de Ligao do Experimento 6

B. Procedimento

1. (Referente a figura 6-4) Conecte todos os mdulos como indicado.

2. Ajuste o circuito seletor do mdulo U-152 para a posio "a".

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3. Ajuste o potencimetro ATT-1 do mdulo U-151 para 9 (mnimo sinal de entrada) e o potencimetro ATT-2 para 10 (semrealimentao).

4. Ligue o mdulo U-156. Ajuste o mdulo U-157 at que o motor mantenha a velocidade em aproximadamente 2500 RPMs.

5. Aumente o nvel de atuao do freio, incrementando gradualmente o ajuste do freio e medindo a velocidade do motor e osinal de erro a cada ajuste.

6. Mude o ajuste do potencimetro ATT-2 para 5. Mantenha a velocidade do motor em 2500 RPMs. Varie o ajuste do freioe mea a velocidade do motor e o sinal de erro a cada posio de ajuste. construa grficos mostrando as relaes enre oajuste do freio, velocidade do motor e sinal de erro.

Observao: Note que a velocidade do motor pode permanecer inalterada mesmo que a tenso de referncia aumente e o ganhodo amplificador seja reduzido. Contudo, o aumento do sinal de referncia faz com que o sinal de realimentaodiminua de intensidade, com isto reduz-se o grau de contrabilidade. Por isso, o ganho do amplificador deve serincrementado para que o controle possa atuar em condies de pequenos valores de erro.

7. Com o potencimetro ATT-2 posicionado em 5, varie o potencimetro ATT-1 de 0 at 9, de 1 em 1, e mea o valor do sinalerro para cada posio. Mantenha a velocidade do motor em 2500 RPMs (ajuste o mdulo U-157 se for necessrio).Desenhe um grfico mostrando erro X posio do potencimetro ATT-1 (veja figura 6-5 a).

8. Repita o passo 7. Mas, para cada posio do potencimetro ATT-1 segure o eixo de mais alta velocidade com a mo. Meao valor do sinal de erro e constua um grfico mostrando a razo do erro como funo da posio do potencimetro ATT-1 pela razo do erro definido como:

razo do erro = (erro com o motor parado / erro com o motor girando).(veja figura 6-5 b)

Figura 6-5 Grficos construdos com os dados dos passos 7 e 8

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C. Resumo

1. Baixo ganho em um servo sistema significa grandes valores de erro e o sistema passa apresentar dificuldades em manter avelocidade constante para grandes variaes de carga.

2. O melhor controle obtido quando o sinal de entrada (ou referncia) aproximadamente igual ao sinal de realimentao, oque minimiza o sinal de erro. Os amplificadores do sistema devem apresentar ganhos altos para que isto ocorra.

EXPERINCIA 7. CONTROLE BIDIRECIONAL DE VELOCIDADE

A. Introduo Terica

At agora, as experincia de controle de velocidade, tm se restringido a rotaes unidirecionais do motor. Na realidade, ummotor DC pode girar em qualquer direo, e o controle de velocidade deve continuar atuando, da mesma forma, independenteda direo do giro. Neste experimento, ns verificaremos a tcnica de controle bidirecional de velocidade.

O motor utilizado em nossos experimentos so bidirecionais, a direo de rotao depende da polaridade do sinal de entrada.A polaridade do sinal de erro tambm depende da polaridade do sinal de entrada.

A polaridade do sinal de entrada determinada pela chave de ajuste do potencimetro do mdulo U-157. Centrado, ou seja,localizado por volta do meio do curso do potencimetro, movendo o cursor do potencimetro em direo da alimentaopositiva: + 15V, o motor gira em uma direo. Movendo o cursor do potencimetro em direo da alimentao negativa: - 15V;o motor girar em direo oposta a anterior.

A resposta bidirecional do motor, com um sinal de entrada, com forma de onda quadrada, mostrada na figura 7-1.

Figura 7-1 - Resposta Bidirecional de um Motor DC, com sinal de entrada com forma de onda quadrada

Como era esperado, a resposta em um sentido e a resposta reversa so simtricas.

Observando a direo do motor, a sada do taco gerador, que um sinal AC, no contm nenhuma informao a respeito dapolaridade do sinal. Este problema resolvido assumindo polaridade nos terminais de entrada do mdulo U-155, o tacoamplificador.

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Figura 7-2 Diagrama de Ligao Experincia 7

B. Procedimento

1. (Referente a figura 7-2) Conecte todos os mdulos e o osciloscpio, como indicado. Ajuste a chave do mdulo U-152 paraa osio "a".

2. Ajuste o potencimetro ATT-1 do mdulo U-151 para 10 e o potencimetro ATT-2 para 6 ou 7. Ajuste o mdulo U157 naposio central (180 graus). Ligue o mdulo U-156.

3. Gire lentamente o boto do painel do mdulo U-157 para a direita e depois para a esquerda e observe a direo de giro domotor. Posicione novamente o mdulo U-157 na posio central. Pare o motor e ajuste o ZERO CONT no mdulo U-153.

4. Gire o boto no painel do mdulo U-157 em sentido horrio, at que a velocidade do motor atinja 50% da velocidade mxima.Varie a posio do freio a partir do zero, de 1 em 1, at 10. Mea a velocidade do motor para cada posio do freio.

5. Repita o passo 4 para o motor girando em direo oposta. (Escala reversa do indicador do mdulo U-157).

6. Construa grficos usando os dados obtidos nos passos 4 e 5.

7. Retorne o indicador do mdulo U-157 para a posio 180 graus. Ajuste a frequncia do mdulo U-162 para 0,2 Hz. Reduzao potencimetro ATT-1 de 10 para 5. Este procedimento far com que o motor mude de direo de rotao a cada 2,5segundos.

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8. Aplique a sada do mdulo U-155 entrada Y do osciloscpio e a onda triangular do mdulo U-162 entrada X doosciloscpio. Ajuste os atenuadores do osciloscpio para melhor visualizao.

9. Observando o trao no osciloscpio aumente o ajuste de atuao do freio. Varie o boto do painel do mdulo U-157, deforma lenta, para a esquerda e para a direita e ento retorne a posio original (180 graus).

10. Repita os passos de 7 at 9, com a chave do mdulo U-152 comutada na posio "b".Observe a diferena do sinal apresentado no osciloscpio.Observao: A posio "b" introduz atraso no sistema, causando oscilao na ao do servo.

11. Mude a posio do potencimetro ATT-2 para 7 ou 8. Mude a posio do potencimetro ATT-2 de 5 at 9. Para cada posiodo potencimetro ATT-2, observe a ao do servo e faa anotaes sobre as mudanas observadas.Observao: Quando h propagao do atraso em um sistema de controle com realimentao, a oscilao aumenta e o sinalde realimentao se torna maior.

Figura 7-3 Ajudas na elaborao dos grficos

C. Resumo

1. A direo de rotao de um motor DC pode ser mudada de acordo com a polaridade do sinal de entrada.

2. No passo 7 observou-se que para iguais movimentaes do boto do painel do mdulo U-157, para direita e para esquerdano acarretaram velocidades simtricas do motor.

3. Quando o atraso introduzido em um sistema de controle em malha fechada ocorre um atraso na resposta do sistema. Aoscilao do sistema se mantm por um perodo maior do que quando o sistema no apresentava atraso.

+

0

-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10BrakeSetting

Speed

Position of ATT-2(Aumont of Feedback)

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EXPERINCIA 8: CONTRABILIDADE DA VELOCIDADE DO MOTOR

A. Introduo Terica

A zona morta e a velocidade de resposta de um sistema so os principais fatores a serem considerados quando se deseja fazero controle de um motor DC. Nos exemplos anteriores, notou-se que quando o ganho do sistema aumenta, a zona morta diminuie a resposta do sistema melhora.

No sistema atual, entretanto, um outro elemento introduzido, este o tempo de atraso. O tempo de atraso resultado daconstante de tempo em um servo sistema. No caso de o tempo de atraso existir em um canal de erro, o sinal de erro no poderesponder to rapidamente quando a prpria reduo do erro. O fenmeno tempo de atraso pode ser observado posicionandoa chave do mdulo U-152 em "b".

Alguns sinais mostrados na tela do osciloscpio so mostrados na figura 8-1.

Quando o ganho suficiente, a resposta do sistema relativamente rpida, como indicado na figura 8-1 (a).Quando muda a direo do motor, somente o sinal de erro aumenta momentaneamente como mostrado na figura 8-1 (b). Poroutro lado, quando o ganho diminui, o sistema continua com resposta razovel, mas a velocidade final do motor reduzida- figura 8-1 (c) e o erro aumenta significativamente.

(a) (b)

(c) (d)

Figura 8-1 Resposta do motor apresentada no osciloscpio

Em funo de qualquer atraso, o erro causa oscilao na resposta do sistema, como mostrado na figura 8-2 (a).A oscilao mostrada tambm na figura 8-2 (b).

(a) (b)

Figura 8-2 Resposta do sistema com atraso

Quando o freio est "atracado" ao motor, ou seja o motor est mecanicamente carregado, o motor tenta permanecer com a mesmavelocidade, mas a dificuldade claramente muito maior (figura 8-3 (a). Isto tambm aumenta o erro (figura 8-3 (b).

(a) (b)

Figura 8-3 Resposta do sistema com carga

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Finalmente, os sinais apresentados na tela do osciloscpio; quando simulamos um atraso, colocando a chave do mdulo U-152 na posio "b"; tem a semelhana com as figuras 8-4 (a) e (b).

(a) (b)

Figura 8-4 Resposta do sistema com tempo de atraso simulado

Figura 8-5 Diagrama de ligaes do experimento 8

B. Procedimento

1. Referente a figura 8-5, faa as ligaes como indicado, exceto a sada de sinais do mdulo U-162. Posicione a chavedo mdulo U-152 em "a".

2. Coloque os dois potencimetros ATT-1 e ATT-2 na posio 0. Ajuste o boto do painel do U-157 para 180 graus.3. Ligue o mdulo U-156. No caso do motor comear a girar, ajuste o ZERO ADJ (no mdulo U-153) para parar o motor.

4. Neste passo vamos medir a zona morta. Gire o boto do painel do mdulo U-157 para esquerda, at que o motor comecea girar; mea o ngulo deste movimento de boto. Volte o boto para a posio original (180 graus). Gire o boto do paineldo mdulo U-157 para direita, at que o motor comece a girar; mea o ngulo deste movimento de boto. Volte o boto paraa posio original (180 graus). Coloque o potencimetro ATT-1 na posio 9. Repita o procedimento anterior. Compare osvalores dos ngulos medidos nos dois casos.

TO MEASUREDPOINTS

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5. Ajuste os dois potencimetros ATT-1 e ATT-2 para a posio 5. Ajuste o mdulo U-157 em 180 graus. Ajuste a frequnciado mdulo U-162 para 0,1Hz, conecte a sada de onda quadrada deste mdulo entrada 2 do mdulo U-152. Conecte a sadade rampa do mdulo U-162 base de tempo do osciloscpio (entrada X) e a sada do mdulo U-155 entrada Y doosciloscpio. Observe o sinal apresentado na tela do osciloscpio. Repita o procedimento invertendo as entradas doosciloscpio.

6. Repita o passo 5 com o potencimetro ATT-1 na posio 0.

7. Repita o passo 5 com o potencimetro ATT-1 na posio 9.

Observao: Para os passos 5, 6 e 7 copiar em papel milimetrado as formas de onda apresentadas na tela do osciloscpio

8. Mude a chave para a posio "b", no mdulo U-152. Com o potencimetro ATT-1 posicionado em 0, observe e copiea sada do taco gerador e o sinal de erro apresentado no osciloscpio.

9. Repita o passo 8 com o potencimetro ATT-1 posicionado em 9.

Observao: Compare os resultados dos passos 8 e 9 com os obtidos com a chave do mdulo U-152 na posio "a".

10. Retorne a chave do mdulo U-152 para a posio "a". Coloque o potencimetro ATT-1 na posio 3. Coloque opotencimetro ATT-2 na posio 0. Ajuste a frequncia do mdulo U-162 para 0,1Hz, conecte a sada de onda quadradadeste mdulo entrada 2 do mdulo U-152. Conecte a sada de rampa do mdulo U-162 base de tempo do osciloscpio(entrada X) e a sada do mdulo U-155 entrada Y do osciloscpio. Observe o sinal apresentado na tela do osciloscpio.

11. Repita o passo 10 colocando o potencimetro ATT-2 na posio 9.

12. Repita os passos 10 e 11, colocando a chave do mdulo U-152 na posio "b".Observe as diferenas entre as formas de onda obtidas nos passos 10 e 11, com as obtidas nesta situao.

13. Coloque a chave do mdulo U-152 na posio "a" fixe um volante no eixo de mais alta velocidade. Ajuste os potencimetrosATT-1 e ATT-2, colocando-os na posio 5. Observe a forma de onda do taco e da sada de erro no osciloscpio.

14. Coloque a potencimetro ATT-2 na posio 9 e repita o passo 13.

15. Repita os passos 13 e 14, colocando a chave do mdulo U-152 na posio "b".Observe as diferenas entre as formas de onda obtidas nos passo 10 e 11, com as obtidas nesta situao.

C. Resumo

A realizao destes experimentos visa a pesquisa das relaes entre a velocidade do motor, o ganho do sistema e o atrasointroduzido.

Tambm tem se demonstrado a importncia de se manter ganho suficiente no sistema.

EXPERINCIA 9. ERRO NO CONTROLE DE POSIOA. Introduo Terica

O principal objetivo de um controle de posio sincronizar a posio de sada (em termos de graus) do motor a uma dadaposio de entrada (em termos de graus tambm) definida por um potencimetro. Para que este objetivo seja atingido, o

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motor deve girar at que atinja a posio desejada, chamada de referncia. Para que haja a deteo da posio atingida, umpotencimetro deve ser acoplado ao motor de forma que o seu deslocamento corresponda a posio ocupada pelo motor. Estaaplicao indicada na figura 9-1.

Figura 9-1 Potencimetros utilizados na deteo de erro de posio.

O potencimetro em nossa aplicao funciona como conversor de deslocamento angular em tenso.

Na figura 9-1 Pi e Po representam os potencimetros de entrada e de sada respectivamente. O Amplificador operacional faza soma dos valores de tenso aplicados em suas entradas, sendo que uma das entradas levada em considerao com valornegativo, ou seja, quando os valores nas entradas no amplificador forem iguais, a tenso em sua sada ser zero.

O erro na sada do sistema ser: Ke (i-o), que significa a diferena das duas posies (desejada e atual) multiplicada pelaconstante de ganho do amplificador. Desta forma, quando a diferena entre as posies aumenta o erro aumenta tambm.

Em um sistema de controle em malha fechada, o erro transmitido ao motor. Ao receber este sinal, o motor reage e gira tentandoalcanar a posio desejada, tendendo a reduzir o erro a zero.

Figura 9-2 Diagrama de ligao do experimento 9

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B. Procedimento

1. Referente a figura 9-2, conecte os mdulos e o TVM (voltmetro) da forma indicada.2. Ajuste os mdulos U-157 e U-158 em 180 graus.3. Ligue o mdulo U-156. Ajuste o mdulo U-152 na posio "a".4. Usando o voltmetro, mea as tenses nos contatos dos potencimetros dos mdulos U-157 e U-158, ajuste a posio

dos potencimetros para que as leituras no voltmetro sejam 0.5. Mea a sada do mdulo U-152. Verifique se o valor indicado zero.

6. Gire o potencimetro do mdulo U-157, 15 graus no sentido horrio (at a posio 195 graus), mea a sada do mduloU-152. Gire o potencimetro at a posio indicada como 210 graus, de 5 em 5 graus, para cada valor mea a saida do mdulo.

7. Mantendo a posio do potencimetro do mdulo U-157 (210 graus). Gire o potencimetro do mdulo U-158 da posiooriginal at a posio 210 graus, com passos de 5 graus. A cada passo, leia a sada do mdulo U-152. Deve-se observar quea medida que a posio do potencimetro U-158 se aproxima da posio do potencimetro do mdulo U-158, a tenso desada diminui.

8. Gire o potencimetro do mdulo U-157, 15 graus no sentido anti-horrio (at a posio 165 graus), mea a saida domdulo U-152. Gire o potencimetro at a posio indicada como 150 graus, de 5 em 5 graus, para cada valor e mea a sadado mdulo.

9. Mantendo a posio do potencimetro do mdulo U-157 (150 graus). Gire o potencimetro do mdulo U-158 da posiooriginal at a posio 150 graus, com passos de 5 graus. A cada passo leia a sada do mdulo U-152. Deve-se observarque a medida que a posio do potencimetro U-158 se aproxima da posio do potencimetro do mdulo U-158, a tensode sada diminui.

10.Desenhe os grficos para os passos 7 e 9, mostrando a variao de tenso resultante da variao de posio angular.

C. Resumo

A sada do amplifcador tende a zero quando as tenses em suas entradas tm o mesmo valor em mdulo, mas polaridadesopostas.

A tenso de sada (erro) grande, quando a diferena entre as entradas grande tambm, isto ocorre para que o motor apresenteacelerao maior quando est longe da posio desejada, e esta acelerao diminui a medida que este se aproxima da posiodesejada.

EXPERINCIA 10 CONTROLE DE POSIO EM MALHA FECHADAA. Introduo Terica

Um sistema de controle de posio em malha fechada, como mostrado na figura 10-1, consiste em um sistema realimentado ondeo sinal de realimentao "carrega" informaes a respeito da posio desejada (entrada) e a posio ocupada pelo motor (sada).A realimentao visa corrigir a posio do motor fazendo com que o erro tenda a zero, ou seja, o motor deve atingir a posiodesejada.Na figura 10-1, A1 o gerador de sinal de erro, A2 o amplificador de erro e A3 o driver do motor.A informao referente a posio desejada (entrada) dada ao sistema atravs do potencimetro P1. Quando as posiesocupadas por P1 e Po so diferentes, o sinal de erro amplificado aplicado ao motor. O motor ento gira em um sentido quetenda a reduzir o valor da tenso de erro para 0.

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Como ocorreu no experimento anterior, o ganho do amplificador neste caso tambm precisa ser alto.

Figura 10-1 Diagrama do sistema equivalente Experincia 10.

Figura 10-2 Diagrama de ligao do experimento 10

B. Procedimento

1. Referente a figura 10-2. Faa todas as ligaes indicadas e acople, ao motor, o mdulo U-158.

2. Ajuste a chave do mdulo U-152 na posio "a" e a do mdulo U-151 na posio 10. Ligue U-156 e a ajuste o poten cimetrodo mdulo U-157 para 180 graus.

3. Ajuste o controle ZERO ADJ no mdulo U-153, de forma que a sada do mdulo U-154 seja zero. Uma vez ajustado, estecontrole no deve mais ser alterado at o final do experimento.

4. Posicione o trimpot U-151 na posio 9. Gire o potencimetro do mdulo U-157 entre 160 e 200 graus. Verifique se opotencimetro do mdulo U-158 acompanha a mudana. O potencimetro do mdulo U-158 deve se deslocar na mesmadireo que o potencimetro do mdulo U-157. Caso ocorra o contrrio, as ligaes do motor devem ser invertidas (mduloU-161).

29

5. Partindo de 0 graus, gire o potencimetro do mdulo U-157 em sentido horrio com incrementos de 10 graus, at a posio150 graus, faa a leitura da posio ocupada pelo potencimetro do mdulo U-158, para cada caso. Repita o procedimentogirando o potencimetro do mdulo U-157 para o sentido anti-horrio.

6. Aumente o ganho do circuito ajustando o mdulo U-151 para as posies 7, 5, 3 e 1. Para cada um destes valores repita opasso 5.

7. Construa grficos com os resultados dos passos 5 e 6.

C. Resumo

1. Quando o ganho do sistema reduzido a zona morta do sistema se torna maior e a diferena entre os ngulos dospotencimetros de entrada e de sada se torna maior.

2. A preciso do controle de posio depende da resoluo dos potencimetros de entrada e de sada.

EXPERINCIA 11. RESPOSTA TRANSIENTE DE UM CONTROLE DE POSIOA. Introduo Terica

Quando um sinal de entrada referente a uma posio aplicado a um sistema, a resposta na sada do referido sistema ocorrecom um atraso. Outras vezes a sada do sistema fica oscilando ao redor do valor desejado. Estes casos so indicaes tpicasda existncia de transiente no controlador do sistema.

O atraso de resposta do sistema decorrncia das restries mecncias, tais como atrito e inrcia. Os ganhos elevados nossistemas tendem a corrigir, de alguma forma, este efeito. Mas os ganhos elevados implicam na introduo de "overshoot" eaumentam consideravelmente a oscilao.

Uma maneira de se avaliar as caractersticas transientes de um sistema mostrada na figura 11-1. Neste caso o potencimetroP1 substitudo por um gerador de onda quadrada e a sada do sistema ligada a um osciloscpio.

A frequncia do sinal de onda quadrada no deve ser maior doque 1 Hz. A resposta transiente tpica de um controlador deposio mostrada na figura 11-2.

Figura 11-1 Diagrama em blocos do teste de resposta transiente

30

0

Figura 11-2 Resposta transiente tpica de um controlador de posio

Figura 11-3 Diagrama de ligaes do experimento 11

B. Procedimento

1. Referetne a figura 11-3. Conecte todos os mdulos e o osciloscpio conforme indicado.

2. Ajuste o mdulo U-151 na posio 10 e ligue o mdulo U-156.3. Atravs do controle ZERO ADJ ajuste a sada do mdulo U-153 para que este seja 0.4. Ajuste a frequncia do mdulo U-162 para 0,2 Hz e ajuste o sinal na tela do osciloscpio (o osciloscpio deve estar no

modo X-Y).

Time

31

5. Ajuste o mdulo U-151 para 8. O potencimetro do mdulo U-158 dever comear a se mover ao redor da posio inicial,indo e voltando. Ajuste o osciloscpio e copie a forma de onda apresentada na tela.

6. Mude a posio do controle do mdulo U-158 para as posies 6, 4, 2 e 0. Para cada posio, copie a forma de onda apresentadana tela. Ajuste o ganho do sistema quando o sinal na tela do osciloscpio indicar que h oscilao no sistema.

7. Mude a chave do mdulo U-152 para "b" e repita o passo 6.

8. Coloque um volante no eixo de mais alta velocidade do motor. Mude a chave do mdulo U-152 para a posio "a" e repitao passo 6.

C. Resumo

1. Quando o ganho reduzido, o tempo de resposta aumenta (veja figura 11-2 (b)), o que indica que ocorreu atraso naresposta do sistema.

2. Ganho elevado reduz o tempo de resposta do sistema. Entretanto, ganho muito elevado causa efeito indesejvel de"overshoot" no sistema.

3. Acrescendo-se um disco (volante) ao eixo de rotao, a resposta do sistema se torma mais lenta, aumentando o perodode flutuao, at que se atinja o valor de sada desejado.

4. Atraso no sistema causa oscilao na resposta.

EXPERINCIA 12. REALIMENTAO DE VELOCIDADE E CONTROLE DE POSIOA. Introduo Terica

Nos experimentos anteriores, observou-se que um ganho elevado no sistema reduz a zona morta, mas tambm responsvelpela ocorrncia de "overshoot". O "overshoot" pode ser eliminado acoplando-se um freio que tem seu efeito proporcional apotncia do motor. Mas, isto no pode ser considerado uma soluo ideal, uma vez que grande parte da potncia do motor perdida e sua acelerao fica muito baixa quando est carregado.

Uma melhor soluo para o problema seria introduzir um segundo lao de realimentao, que seria composto da sada de umtaco gerador e um conversor frequncia/tenso.O sinal de realimentao deste lao seria um sinal DC, com amplitude proporcional a velocidade do eixo. Isto chamadorealimentao de velocidade e o sistema completo passa apresentar duas malhas fechadas, uma referente a realientao deposio e a outra referente a realimentao de velocidade.

Na figura 12-1 ilustramos o efeito deste segundo lao de realimentao no controle de posio.

Figura 12-1 Efeito da realimentao de velocidade

O diagrama do sistema com dois laos de realimentao mostrado na figura 12-2.

Os sinais mostrados na figura 12-1 podem ser observados em um osciloscpio quando o potencimetro Pi, de entrada, substitudo por um gerador de onda quadrada e a sada do sistema aplicada ao eixo Y do osciloscpio. O sinal de entrada aplicadoao eixo X do osciloscpio obtido da sada rampa de um gerador de funo.

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Figura 12-2 Diagrama de sistema equivalente ao experimento 12.

Figura 12-3 Diagrama de ligao experincia 12

B. Procedimento

1. Referente a figura 12-3. Conecte todos os mdulos e o osciloscpio corretamente.

2. Ajuste ATT-1 e ATT-2 para posio 10 e posicione a chave do mdulo U-152 na posio "b".

3. Ligue o mdulo U-156 e use o controle ZERO ADJ no mdulo U-153, para deixar a sada deste mdulo em 0. Coloque oosciloscpio no modo X-Y e o gerador de funo em 0,2 Hz. Ajuste o osciloscpio para obter o melhor sinal na tela.

4. Reduza a atenuao do sistema atravs do potencimetro ATT-1, movendo-o de 10 a 0 lentamente; at que seja observadauma oscilao no sinal da tela do osciloscpio.

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5. Faa o mesmo com o potencimetro ATT-2, observando o sinal obtido na tela do osciloscpio. Copie as formas obtidasneste procedimento.

6. Ajuste o potencimetro ATT-1 em um valor igual metade do obtido no passo 4 e repita o passo 5.

7. Mude a chave do mdulo U-153 para a posio "a" e repita os passos 4 e 5. Observe a diferena entre as performances doservo sistema quando o fator de atraso varia.

C. Resumo

A realimentao de velocidade uma medida eficiente para evitar oscilao em um sistema de controle de posio com ganhorelativamente alto.

EXPERINCIA 13. ESTABILIZAO DE UM SISTEMA, INSTVEL, DE CONTROLE DE POSIOA. Introduo Terica

A resposta transiente em um sistema de controle, normalmente, no se estende por mais do que alguns segundos at que seatinja um estado estvel.Contudo, algumas vezes, possvel que um sistema prossiga em oscilao por um perodo de tempo muito grande, o que podeser causado por constantes de tempo muito longas ou ganhos excessivos.

A maioria dos problemas de instabilidade podem ser resolvidos acrescendo-se ao sistema, um lao de realimentao develocidade e ajustando o ganho em um valor adequado.B. Procedimento

1. Referente a figura 13-1. Conecte todos os mdulos e o osciloscpio conforme a ilustrao.Assegure-se de que a conexo entre os mdulos U-161 e U-158 esteja alinhada.

2. Posicione os potencimetros do mdulo U-151 em 10.Posicione a chave do mdulo U-152 em "b" e ligue a fonte (mdulo U-156). Ajuste o gerador de funes para 0,1Hz.

3. Atravs do controle ZERO ADJ no mdulo U-153, ajuste a sada do mdulo para 0. Coloque o osciloscpio no mdulo X-Y.

4. Atravs do potencimetro ATT-1 (movendo-o de 10 a 0) ache o ponto onde o sistema comea a oscilar. Deixe opotencimetro ATT-1 nesta posio.

5. Pare a oscilao movendo o potencimetro ATT-2. Justifique porque a oscilao cessou.

6. Desligue a fonte temporariamente. Mude a chave do mdulo U-152 para a posio "b".

7. Posicione os potencimetros do mdulo U-151 em 10. Desconecte a sada de onda quadrada do mdulo U-162 do mduloU-152. Conecte a sada do mdulo U-157 ao mdulo U-152 (veja a linha pontilhada na figura 13-1. Ajuste o controle do mduloU-157 na posio 180 graus. Ligue a fonte.

8. Mova lentamente o potencimetro ATT-1 de 10 para 0, at que comece a surgir a oscilao.

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9. Vire, rapidamente, o controle do mdulo U-157, 30 graus no sentido horrio e observe o mdulo U-158. Em caso de oscilao,ajuste o potencimetro ATT-2 at que a oscilao desaparea.

10. Coloque a chave do mdulo U-152 na posio "a" e repita os passos 8 e 9 e compare os resultados deste passo com osobtidos no 8 e 9.

11. Maximize a realimentao de velocidade colocando o potencimetro ATT-2 em 0. Coloque a chave do mdulo U-152 naposio EXT. Dever ocorrer oscilao em funo do ganho excessivo

Fig 13-1 Wiring Diagram of Experiment 13.

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C. Resumo

1. Um servo sistema para controle de posio deve apresentar estabilidade e preciso.

- Ganhos muito baixos no amplificador de erro causam resposta muito lenta e aumentam o erro de posio.

- Um fator de atraso muito grande tambm gera lentido de resposta do sistema e causa algumas instabilidades. O erro deposio tambm aumenta.

- Ganho muito elevado pode causar resposta transiente e oscilao.

- No caso de termos um disco acoplado ao eixo como carga, pode gerar atraso na resposta do sistema e algumas vezes causaoscilao.

- Uma malha de realimentao de velocidade excessiva tambm pode causar atraso na resposta do sistema.

- Quando um disco (volante) colocado como carga em um sistema, que apresente malha de realimentao de velocidadeexcessiva, a diferena de fase entre as referncias e o sinal de realimentao passa a ser a razo da instabilidade e oscilao.

2. Para uma operao estvel, deve ocorrer as seguintes condies:

- ganho adequado,- realimentao de velocidade adequada,- mnimo momento de inrcia na carga e- mnimo atraso no sistema.

EXPERINCIA 14. CONSTRUO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE POSIOAgora, baseado em todos os conhecimentos adquiridos, ns consideramos que somos capazes de construir um sistema decontrole de posio estvel.

De acordo com a figura 14-1, monte um sistema de controle de posio. Uma vez que o sistema esteja montado e funcionandoadequadamente, obtenha:

- A relao entre a quantidade de sinal de realimentao de velocidade (ajuste do potencimetro ATT-2) e a velocidade deresposta do sistema.

- O impacto da resposta transiente na realimentao de velocidade.

- A velocidade de resposta do sistema como funo do ganho do sistema.

- A relao entre o ganho e o erro posicional.

Varie lentamente o potencimetro de entrada para a direita e para a esquerda a partir da posio 0. A velocidade de respostado sistema aumenta se aumentarmos o ganho ou decrementarmos o valor do sinal de realimentao de velocidade.

- Observe que o sistema menos estvel para a posio zero, explique porque isto ocorre.

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Fig. 14-1 DIAGRAMA ELTRICO DE SISTEMAS BSICOS PARA SERVO DC, EXPERIMENTO 14

SERVO MOTOR DC

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DIAGRAMA DO AMPLIFICADOR SOMADOR

ATTENUADOR DUAL (U-151)

38

DIAGRAMA DO PR-AMPLIFICADOR (U-153)

DIAGRAMA DO DRIVER DO MOTOR

39

DIAGRAMA DO GERADOR DE FUNES (U-162)

DIAGRAMA DO CIRCUITO TACO (U-155)

40

DIAGRAMA DA FONTE DE ALIMENTAO (U-156)

Manual sujeito a alteraes sem aviso prvio.Reviso: 00 Data de Emisso: 08/02/02

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