UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER ROBOTS
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1. O documento compara os microcontroladores Arduino Mega e Arduino Due aplicados no controle de robôs de futebol. 2. O Arduino Due executou os códigos de controle, incluindo PI, PI-RLS e RMRAC, em menos tempo do que o Arduino Mega. 3. Controladores adaptativos como o RMRAC requerem grande capacidade de processamento, sendo o Arduino Due mais adequado para o futuro dos robôs.
![Referências
• Robocup. (2015, Maio) RoboCup Brasil - Site
Oficial. [Online]. Disponível:
http://www.robocup.org.br
• Furgobol. (2015, Maio) Furgbol - Small Size
Team - Robocup, Desenvolvido pelo Centro
de Ciências Computacionais - C3. [Online].
Disponível: http://www.furgbol.c3.furg.br
33](https://image.slidesharecdn.com/cbaarduino-161013024618/85/UMA-ABORDAGEM-COMPARATIVA-ENTRE-MICROCONTROLADORES-ARDUINO-MEGA-X-ARDUINO-DUE-APLICADOS-NO-CONTROLE-DE-SOCCER-ROBOTS-33-320.jpg)
![Referências
• P. A. Ioannou and K. S.Tsakalis, "A robust
direct adaptive controller". IEEE Transactions
on Automatic Control, AC-31, no. 11.
Pg.1033-1043, nov. 1986.
• Arduino. (2015, Maio) Site oficial ©2015
Arduino. [Online]. Disponível:
http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoa
rdDue.
36](https://image.slidesharecdn.com/cbaarduino-161013024618/85/UMA-ABORDAGEM-COMPARATIVA-ENTRE-MICROCONTROLADORES-ARDUINO-MEGA-X-ARDUINO-DUE-APLICADOS-NO-CONTROLE-DE-SOCCER-ROBOTS-36-320.jpg)
UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER ROBOTS
- 2. UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER ROBOTS Jusoan Mór, Everson Siqueira, Cristiano Steffens, Paulo Evald, Vinícius de Oliveira, Silvia Botelho, Rodrigo Azzolin Universidade Federal do Rio Grande – FURG Centro de Ciências Computacionais – C3
- 3. O Futebol de Robôs 3
- 5. Estrutura Física dos Robôs • Quatro motores brushless CC 5
- 6. Objetivo • Comparar a Arquitetura dos Microcontroladores Arduino MEGA x Arduino DUE • Observar o Desempenho dos Microcontroladores Processando os Controladores PI, PI-RLS e RMAC, Utilizados nos Robôs 6
- 8. Modelagem da Planta 8 • Parâmetros elétricos: VR = Tensão de entrada Ra = Resistência de armadura ia = Corrente de armadura La = Indutância de armadura Vb = Tensão contra eletromotriz Kb = Constante de velocidade ⍵ = Velocidade angular
- 9. Modelagem da Planta 9 • Parâmetros mecânicos: Tg = Torque gerado Km = Coeficiente de torque Tt = Torque total Td = Torque de distúrbio J = Constante de inércia b = Coeficiente de atrito mecânico
- 11. Modelagem da Planta • Aplicando lei de Kirchhoff na malha do motor • Encontra-se a relação entre o sistema elétrico e o mecânico • Para descobrir a relação de corrente de armadura e velocidade angular do motor 11
- 12. Modelagem da Planta • Então é estabelecida a associação entre tensão na armadura com velocidade angular • Por fim aplica-se a transformada de Laplace 12
- 13. Modelagem da Planta • Substituindo os parâmetros 13
- 14. Controlador Proporcional Integral - PI • Controlador clássico e largamente utilizado • Velocidade do motor é medida e comparada com a velocidade da referência, gerando um erro • Ganhos: Kp = 12 Ki = 250 14
- 15. Controlador Proporcional Integral - PI 15
- 16. Algoritmo RLS • Algoritmo Recursivo dos Mínimos Quadráticos - RLS • Permite obter a identificação de sistemas de qualquer ordem • Quanto maior a ordem do sistema, maior é o custo computacional 16
- 21. Controlador RMRAC • Controlador Adaptativo Robusto por Modelo de Referência • Possui modelo de referência com o mesmo grau da planta desejada –Define resposta desejada para a saída da planta • Erro e1 utilizado pelo algoritmo para ajustar os parâmetros do controlador 21
- 22. Controlador RMRAC • Modelo de referência: ⍵n = 50 ξ = 0,7 • Planta completa –Parte modelada 22
- 23. Controlador RMRAC • Ganhos adaptativos • Erro e1 • Lei de controle • Algoritmo de adaptação 23
- 24. Controlador RMRAC • Parâmetros iniciais: 24
- 26. Arduino MEGA 26 Microcontrolador ATmega2560 Tensão de Operação 5V Pinos Digitais de Entrada e Saída 54 (dos quais 15 fornecem Saida PWM) Entrada de Pinos Analógicos 16 Corrente por Pino de Entrada e Saída 40mA Corrente por pino de 3.3V pin 50mA Memória Flash 256Kb dos quais 8 KB são usados por bootloader SRAM 8KB EEPROM 4KB Velocidade de Clock 16MHz
- 27. Arduino DUE 27 Microcontrolador AT91SAM3X8E Tensão de Operação 3.3V Pinos Digitais de Entrada e Saida 54 (dos quais 12 fornecem Saida PWM) Entrada de Pinos Analógicos 12 Corrente por Pino de Entrada e Saida 800mA Corrente por pino de 3.3V pin 800mA Memória Flash 512Kb SRAM 96KB EEPROM Não possui Velocidade de Clock 84 MHz
- 28. Resultados • Aquisição de dados via Osciloscópio • Tempo de Interrupção 1ms –MEGA:msTimer2.h; DUE: dueTimer.h • Flag de contagem 28
- 29. Processamento do Controle PI DUE MEGA 29
- 30. Processamento do Controle PI-RLS DUE MEGA 30
- 31. Processamento do Controle RMRAC DUE MEGA 31
- 32. Conclusão •Controladores Adaptativos Exigem Alto Poder de Processamento •Arduino DUE Consegue Executar em um Tempo Menor os Códigos de Controle se Comparado ao Arduino MEGA •O Controlador RMRAC Necessita de Muita Capacidade de Processamento para sua Execução •Alteração do Microcontrolador é Fundamental para o Futuro dos Robôs 32
- 33. Referências • Robocup. (2015, Maio) RoboCup Brasil - Site Oficial. [Online]. Disponível: http://www.robocup.org.br • Furgobol. (2015, Maio) Furgbol - Small Size Team - Robocup, Desenvolvido pelo Centro de Ciências Computacionais - C3. [Online]. Disponível: http://www.furgbol.c3.furg.br 33
- 34. Referências • A. Simpkins and E. Todorov, “Position Estimation and Control of Compact BLDC Motors Based on Analog Linear Hall Effect Sensors”, 2010 American Control Conference Marriot Waterfront, Baltimore, MD, USA June-30-July 02, 2010. • R. Siegwart, I.R. Nourbakhsh, “Introduction Autonomous Mobile Robots”, The MIT Press (2004). P.97, 2004. 34
- 35. Referências •F.-J. Lin. "Robust speed-controlled induction- motor drive using EKF and RLS estimators". Electric Power Applications, IEEE Proceedings - Vol.143, Issue: 3. 2002. •J. Bernat and S. Stepien. "Application of optimal current driver for the torque control of BLDC motor". Archives of Electrical Engineering vol. 60(2), pp. 149-158 (2011). 35
- 36. Referências • P. A. Ioannou and K. S.Tsakalis, "A robust direct adaptive controller". IEEE Transactions on Automatic Control, AC-31, no. 11. Pg.1033-1043, nov. 1986. • Arduino. (2015, Maio) Site oficial ©2015 Arduino. [Online]. Disponível: http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoa rdDue. 36
- 37. Referências • J. L. Mór, E. B. Siqueira, V. M. de Oliveira e R. Z. Azzolin, "Controle de Velocidade de Motor BLDC Utilizando RMRAC". 8° Seminário de Eletrônica de Potência e Controle - Sepoc, Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, 2014. 37
- 38. UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER ROBOTS Jusoan Mór, Everson Siqueira, Cristiano Steffens, Paulo Evald, Vinícius de Oliveira, Silvia Botelho, Rodrigo Azzolin Universidade Federal do Rio Grande – FURG Centro de Ciências Computacionais – C3