Simulação e controle de um LEVMAG numa plataforma gráfica de desenvolvimento (LabVIEW)

Abstract

Este trabalho apresenta as etapas e critérios adotados para a construção e simulação de um regulador linear quadrático (RLQ) para um LEVMAG (Levitador Magnético) no programa LabVIEWTM, assim como sua posterior utilização em um microcontrolador. LEVMAGs se aplicam em situações em que é necessária a eliminação do atrito por contato, das quais se podem citar os motores com mancal magnético e trens LEVMAG de alta velocidade. A instabilidade em malha aberta e as não linearidades presentes neste tipo de planta possibilitam o estudo de uma série de técnicas de controle e sua discretização para uso em microcontroladores. O protótipo LEVMAG construído para este trabalho possui uma estrutura simples, a qual pode ser reproduzida para estudo em outros trabalhos. A etapa potência constitui-se de um circuito de acionamento chaveado, controlado por PWM (Modulação por largura de pulso — Pulse- Width Modulation). A medição dos sinais de posição e corrente elétrica do LEVMAG é feita por sensores de efeito hall dedicados para cada função. A malha de controle é fechada através da placa EK-LM3S8962, a qual possibilita a programação de um microcontrolador através da linguagem gráfica do LabVIEWTM. O modelo matemático do LEVMAG é obtido, linearizado e parametrizado para a construção do controlador RLQ, a qual é feita de forma iterativa. Os critérios fixos de projeto do controlador são o limite de operação do circuito de acionamento e resposta sem sobressinal. Para avaliação do controlador, utilizam-se as funções não lineares que descrevem o LEVMAG e elaboram-se blocos configuráveis para sua simulação no módulo Control Design and Simulation do LabVIEWTM. O simulador é desenvolvido para utilizar o mesmo algoritmo de controle a ser embarcado na placa EK-LM3S8962, dessa forma os recursos da simulação serão os mesmos do ensaio prático. Nas simulações avalia-se a resposta transitória do sistema ao variar a posição de referência. No ensaio prático também se analisa a resposta transitória para validação das simulações realizadas. Os resultados obtidos demonstram que ainda há pequenas diferenças entre a operação no simulador e a prática, entretanto há informações na simulação suficientes para avaliar como será a operação do LEVMAG na prática, como sua faixa efetiva de controle. Ao final do trabalho, apontam-se diversas possibilidades de trabalhos futuros, envolvendo modificações físicas da planta, co-simulação entre os programas MultisimTM e LabVIEWTM, utilização de circuitos de acionamento integrados e avaliação de outras técnicas de controle.