Simulação e Controle

Helicóptero 2DOF

Helicóptero 2DOF

Equipamento educacional voltado para ensino e experimentações de Controle.

Helicóptero 2DOF

O sistema Helicóptero 2DOF é um modelo simplificado de helicóptero, ideal para introdução de conceitos de controle de intermediário a avançado e suas teorias relevantes para aplicações do mundo real de dinâmica e controle de vôo em helicópteros de corpo rígido, barcos ou outros veículos subaquáticos.

Os alunos aprenderão como:

  • desenvolver um modelo state-space do sistema
  • projetar um controlador de state-feedback para regular a elevação e ângulos do helicóptero 2DOF 
  • investigar o desempenho de controle de posição em malha fechada do deef-forward e do controlador de posição LQR PID através de um modelo não-linear do sistema
  • implementar o controlador no sistema Helicóptero 2DOF e avaliar o seu desempenho

Além de ensinar conceitos de controle, a helicóptero 2DOF pode ser usado para a pesquisa em várias áreas, incluindo controle adaptativo e sistema de identificação.

Como funciona?

O helicóptero com 2GDL é um equipamento educacional voltado para o ensino e experimentações em controle. Possui dois motores de corrente contínua montados nas extremidades do corpo retangular e ligados a hélices que formam 90 graus entre si, fornecendo atuadores para movimentos de arfagem e guinada. O corpo é livre para rodar sobre a base vertical. Sinais elétricos são trocados com a base por meio de oito anéis deslizantes, o que impede que os enrolem e impeçam o movimento de guinada. As medidas dos ângulos são feitas por dois encoders ópticos incrementais: um fixado ao corpo do modelo e outro na base do eixo vertical.

  • Two degrees of freedom (2 DOF): body rotates about pitch and yaw axes
  • Propellers driven by high-quality MICROMO and Pittman DC motors
  • High-resolution optical encoders for precise position measurements
  • Slip ring allows infinite motion about the vertical and yaw axis
  • Easy-connect cables and connectors
  • Precise, stiff and heavy-duty machined components
  • 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
Device mass 3.46 kg
Device height (ground to top of base) 45 cm
Helicopter body mass 1.39 kg
Helicopter body length 48 cm
Base dimensions ( W × L) 17.5 cm x 17.5 cm
Pitch encoder resolution (in quadrature) 4096 counts/rev
Yaw/travel encoder resolution (in quadrature) 8192 counts/rev
Pitch angle range 75 (± 37.5 deg)
Yaw angle range 360 deg
Pitch force thrust constant   0.22 N/V¹
Yaw pitch thrust constant 0.43 N/V¹
Propeller diameter 20.3 cm
Propeller pitch 15.2 cm
Pitch/front motor resistance 0.83 ?
Pitch/front motor - current-torque constant 0.0182 Nm/A
Yaw/back motor resistance 1.60 ?
Yaw/back motor - current-torque constant 0.0109 Nm/A

 ¹ These parameters were identified experimentally and will be different on each system

Tópicos incluidos no courseware Quanser em idioma Inglês:

  • Derivation of simple dynamic model
  • State space representation
  • State feedback control with feed-forward and integral anti-windup
  • LQR control design
  • Control parameters tuning

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
1x Q2-USB data acquisition device¹ 1x NI CompactRIO controller with 2x Quanser Q1-CRIO module³
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
³ alternatively, you can use Q2-USB, Q8-USB, QPIDe or any equivalent NI DAQ device supported by RCP Toolkit

Download

  1. Helicóptero 2DOF - Ficha técnica do Produto
  2. Material didático para LabVIEW
  3. Material didático para MATLAB/Simulink
  4. Artigos internacionais publicados utilizando este equipamento

Veja alguns videos do experimento em funcionamento:

TOPO