Progettazione, realizzazione e controllo di unsistema Cart and Beam

Gian Mauro Musso

Universit degli Studi di TriesteDipartimento di Ingegneria e Architettura

Corso di laurea in Ingegneria dellInformazione

Relatoreprof. ing. Gianfranco Fenu

Correlatoreprof. ing. Felice Andrea Pellegrino

4 dicembre 2015

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Sommario

Lo scopo di questo progetto la progettazione, costruzione econtrollo di un sistema Cart and Beam. Il sistema

caratterizzato da un vagoncino che libero di scorrere soprauna barra, la quale, collegata ad un motore elettrico, pu

inclinarsi orizzontalmente.

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Introduzione

Schema a blocchi del sistema

x + e1 C1(s) + e2 C2(s)

u2 A2(s)

Tr

+

Tm G2(s)m

G1(s)

xm

H(s)

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Strumenti

Principali componenti necessari

AzionamentoI Motore DCI Motore passo-passo

Sensore di posizione lineare del carrelloI Sensore resistivoI Sensore ottico ad infrarossiI Sensore ultrasonico

Sensore di posizione angolare del motoreI PotenziometroI Encoder

MicrocontrolloreMotor Driver

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Strumenti

Sensore ultrasonicoHC-SR04

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Test

Caratterizzazione sensore ultrasonico

Serie di misurazioni a distanza fissa confrontate con una opportunascala graduata disegnataEsportazione dati su MATLABIdentificazione della retta di regressione lineare attraverso il metododei minimi quadrati mediante il Curve Fitting Toolbox

I Errore di guadagnoI Errore di offset

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Test

Caratterizzazione sensore ultrasonico

Scala [cm]5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Se

nso

re [

cm

]

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Sensore vs. ScalaRegressione lineare

Scala [cm]5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Se

nso

re [

cm

]

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6Regressione lineare - residuals

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Controllo

Controllo del motore passo-passo: AccelStepper

Software che fornisce la corretta sequenza di impulsi e il segnale dicomando di direzioneGenerazione di una rampa di velocit per il controllo della posizione

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Controllo

Progettazione del regolatore PID

Taratura dei coefficienti del PID affinch vi sianoErrore statico nullo a regimeBuona velocit di rispostaBasso overshoot

Taratura empirica sperimentale

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Controllo

Progettazione del regolatore PID

Taratura dei coefficienti del PID affinch vi sianoErrore statico nullo a regimeBuona velocit di rispostaBasso overshoot

Taratura empirica sperimentale

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Controllo

Progettazione del regolatore PID

Tempo [s]0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Posiz

ione [

cm

]

0

5

10

15

20

25

30

35

40Risposta allo scalino con Kp = 10, Ki = 0.001, Kd = 0.001

PPIPID

X: 1.755Y: 24.92

Tempo [s]0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Posiz

ione [cm

]

10

15

20

25

30

35Reiezione del disturbo con Kp = 10, Ki = 0.001, Kd = 0.001

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Demo

Video Demo

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Next Up

Sviluppi futuri ed eventuali

Taratura PID mediante simulazione Hardware-In-The-LoopMetodi di taratura PID empiriciControllo su base statoControllo FuzzyControllo adattativo

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FineGrazie per lattenzione!

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