Simulação e Controle

2DOF Ball Balancer

2DOF Ball Balancer

Experimento baseado em controle por vídeo para ensino!!

O sistema 2DOF Ball Balancer é um experimento de controle baseado por vídeo projetado para ensinar conceitos de controle intermediário a avançado. Você pode usá-lo para demonstrar os desafios de controle do mundo real encontradas em plataformas de movimento baseados na visão, como câmeras pan-tilt.

Usando o sistema 2DOF Ball Balancer, os alunos elevarão os conceitos que eles aprenderam no Sistema de Bola na Viga, a aplicar conceitos similares em um plano XY. Os alunos aprenderão a:

  • modelar a dinâmica da bola a partir de primeiros princípios
  • obter uma representação da função de transferência do
  • projetar e implementar um sistema de controle proporcional-derivativo (PD) que estabiliza a bola em um plano, tanto em um ponto fixo de referência ou seguindo um caminho determinado
  • estabilizar um movimento livre, sem restrições bola em duas dimensões
  • calibrar um sensor da câmera para conseguir a posição correta bola
  • simular o controle em um único eixo sistema 2DOF Ball Balancer
  • implementar o controlador do dispositivo e avaliar o seu desempenho

Além de ensinar conceitos de controle por vídeo, o sistema 2DOF Ball Balancer também pode ser usado para pesquisas em várias áreas, incluindo o controle robusto e controle inteligente.

 

Como Funciona?

O sistema 2DOF Ball Balancer é constituído por uma placa sobre a qual uma bola pode ser colocada e é livre para se movimentar. Duas unidades Básicas de Servo Motor são ligados aos lados da placa utilizando 2 eixos onde então a mesma pode mover-se em qualquer direção. Ao controlar a posição das engrenagens de cada servo, o ângulo de inclinação da placa pode ser ajustada para equilibrar a bola para uma posição plana desejada.

A câmera digital montada ao topo da estrutura captura imagens bidimensionais da placa e pista coordenadas da bola em tempo real. As imagens são transferidas rapidamente para o PC através de uma conexão USB. Os alunos podem movimentar a bola em várias trajetórias (um círculo, por exemplo), ou mesmo estabilizar a bola quando ela é jogada para a placa utilizando o controlador fornecido com o experimento.

Currículo desenvolvido pela Quanser incluso

O sistema 2DOF Ball Balancer vem com um currículo totalmente criado pela Quanser: Manual do Instrutor com exercícios, Manual do Usuário e Controladores pré-projetados que permitem uma rápida utilização do potencial do equipamento, economizando meses de desenvolvimento para a concepção desse material.

 

  • Precision-crafted chassis constructed of durable ABS plastic
  • Plate mounted on a 2 DOF gimbal, which allows the plates to swivel about both axes
  • High-resolution encoders for accurate sensing and positioning of table plate in 2D plane
  • High resolution, high quality, fast frame rate CCD digital camera with FireWire connection to allow quick real-time sensing of object position in 2D plane
  • Quanser image processing software and Simulink® library provided
  • Easy-connect cables and connectors
  • Fully compatible with MATLAB®/Simulink® and LabVIEW™
  • Fully documented system models and parameters provided for MATLAB®, Simulink®, LabVIEW™ and Maple™
  • Open architecture design, allowing users to design their own controller

 

Calibrated base dimensions  (L x W) 41.75 cm x 41.75 cm
Table dimensions ( L x W) 27.5 cm x 27.5 cm
Camera support height 69.5 cm
Lever arm length 9.7 cm
Support arm length 14.6 cm
Camera specification IIDC 1394-based digital camera v 1.31
Camera standard resolution 640 x 480
Camera frame rate (at full resolution, Y8 format) 30 FPS
Camera pixel format Y8 in BGR format

Tópicos incluidos no courseware Quanser em idioma Inglês:

Model Derivation

  • First-principles

Modeling Topics

  • First-principles derivation
  • Transfer function representation
  • Linearization

Control and Control-related Topics

  • PID
  • Multiple loops
  • Sensor analysis

 

O equipamento também pode ser usado para ensinar outros tópicos que não estão incluídos no currículo desenvolvido pela Quanser.

 

Para configurar essa estação, você precisará dos seguintes componentes recomendados pela engenharia da Quanser:

for MATLAB®/Simulink® users for LabVIEW™ users
2x SRV02 Rotary Servo Base Unit 2x SRV02 Rotary Servo Base Unit
1x Q2-USB data acquisition device¹ 1x Q2-USB data acquisition device¹
1x VoltPAQ-X2 linear voltage amplifier² 1x VoltPAQ-X2 linear voltage amplifier²
QUARC real-time control software Rapid Control Prototyping Toolkit Software
¹ alternatively, you can use Q8-USB, QPIDe or any equivalent NI DAQ device supported by QUARC
² alternatively, you can use two VoltPAQ-X1 amplifiers

 

Download

  1. Sistema 2DOF Ball Balancer  - Ficha técnica da família rotacional

  2. Material didático MATLAB/Simulink

  3.  

    Artigos Internacionais publicados usando este equipamento

 

Veja alguns videos do experimento em funcionamento:

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