Simulação e Controle

Helicóptero 3DOF

Helicóptero 3DOF

Equipamento educacional voltado para o ensino e experimentações em controle. 

Helicóptero 3DOF

O helicóptero com 3DOF é um sistema de controle capaz de regular o movimento de elevação e deslocamento de um helicóptero com 3 graus de liberdade (ou 3 Degrees Of Freedom em inglês, 3DOF).

Dois motores de corrente contínua estão montados nas extremidades de uma haste retangular e acionam duas hélices propulsoras. Os eixos dos motores são paralelos entre si. A haste do helicóptero é suspensa por uma junta na extremidade de um braço e está livre para inclinação em torno do seu centro. O braço é conectado por uma junta com 2GDL e é livre para inclinar e guinar.

Na extremidade oposta do braço existe um contrapeso que torna a massa efetiva leve o suficiente para viabilizar que os motores levantem o helicóptero. Uma voltagem maior aplicada no motor dianteiro causa uma inclinação positiva enquanto uma voltagem maior no motor traseiro causa uma inclinação negativa. Uma voltagem positiva nos dois motores causa uma elevação de todo o corpo. Se o corpo inclina, o vetor impulsão resulta no deslocamento do corpo.

O helicóptero com 3DOF também possui um sistema de massa ativa para criar perturbações, que pode ser utilizado como perturbação do sistema.

  • Three degrees of freedom (3 DOF): body rotates about pitch, travel and elevation axes
  • Propellers driven by high-quality Pittman DC motors
  • High-resolution optical encoders for precise position measurements
  • Slip ring allows infinite motion about the vertical and travel 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  6.2 kg
Device height (ground to top of base) 45 cm
Device length (counterweight to front propeller) 127 cm
Helicopter body mass 1.15 kg
Helicopter body length 49.8 cm
Base dimensions (W × L) 17.5 cm x 17.5 cm
Pitch and elevation encoders resolution (in quadrature) 4096 counts/rev
Yaw/travel encoder resolution (in quadrature) 8192 counts/rev
Pitch angle range 64 (± 32.0 deg)
Elevation angle range 63.5 deg
Travel angle range 360 deg
Pitch force thrust constant 0.22 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 0.83 ?
Yaw/back motor - current-torque constant 0.0182 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
  • 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 Q8-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 or QPIDe DAQ device
² alternatively, you can use two VoltPAQ-X1 amplifiers

³ alternatively, you can use Q8-USB or QPIDe DAQ device

 

Downloads

  1. Helicóptero 3DOF - 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:

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