Seguidor de Linha com controle PID: mudanças entre as edições
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Edição das 17h23min de 4 de junho de 2019
Seguidor de Linha com controle PID
Teoria sobre Sistemas de Controle PID
- Sistemas de Controle
- Um resumo da teoria sobre Sistemas de Controle em Malha Fechada e do Controle Proporcional Integral Derivativo.
Ações de Controle PID sobre o Seguidor de Linha
- Ações de Controle PID sobre o Seguidor de Linha
- Descrição das ações de Controle PID sobre o Seguidor de Linha, hipóteses e problemas a serem experimentados.
Controle de velocidade de robô Seguidor de Linha
Um robô Seguidor de Linha equipado com dois motores de corrente contínua, os quais tem seu controle de velocidade e sentido de rotação a partir de tensão elétrica variável aplicada em seus terminais:
- Sentido de rotação: Tensão positiva gira em um sentido e tensão negativa em outro sentido;
- Velocidade: Controlada pela amplitude da tensão aplicada.
- Arduíno e Ponte H
- O Arduíno equipado com um módulo Ponte H permite o controle de motores de corrente contínua através de saídas digitais e analógicas:
- O sentido de rotação dos motores é realizado a partir de saídas digitais, com LOW para um sentido e HIGH para o outro.
- O controle da velocidade dos motores é realizado a partir de "saídas analógicas", com modulação PWM de 8 bits, correspondendo a valores decimais entre O e 255. Estes valores correspondem a faixa entre 0 V e 5 V em caso de tensão nominal de 5 V.
- Entretanto, dependendo dos motores, a faixa de ajuste da velocidades geralmente varia de valorMínimo a 255, onde o valorMínimo é a modulação PWM mínima para romper a inércia dos motores (algo entre 60 e 80, dependendo do tipo de motores e do peso do robô).
- Funcionamento do Seguidor de Linha e a ação do Controle
- Suponha que um Seguidor de Linha seja programado para percorrer a pista com uma velocidade normal estabelecida com a modulação PWM velNormal = 120 e que tenhamos somente o controle proporcional ativo, com Kp = 20.
- Suponha que em dado momento tenhamos erro = 1, com o robô derivando para esquerda.
- Neste caso, a ação do controle proporcional modificará a trajetória do robô aumentando a velocidade do motor esquerdo e diminuindo a velocidade do motor direito:
velMotorEsq = velNormal + Kp * erro = 120 + 20 * 1 = 140 velMotorDir = velNormal - Kp * erro = 120 - 20 * 1 = 100
- Ajuste dos parâmetros PID
- O projeto apresentado em [1] utiliza motores de passo também controlados por modulação PWM. O autor sugere iniciar com Kp = 25, com Ki = 0 e Kd = 0.
- Experimentalmente foi aumentando o valor de Kp de forma que o robô continuasse a seguir linha de forma estável. O autor chegou a um valor de Kp = 50 após testes.
- Posteriormente, ajustou novo valor para Kp e Kd para 1/2 Kp utilizado com o controle proporcional único e prosseguiu com novos testes.
- O autor não implementou o controle Ki.
Hardware do Robô Seguidor de Linha
O hardware do Robô Seguidor de Linha com Controle PID possui como módulos principais um Arduíno Micro, um vetor de sensores de reflectância QTR-8, um drive para motores DC L9110 e um regulador de tensão.
Arduíno Micro
Vetor de sensores QTR-8
O vetor de sensores de reflectância QTR-8 possui 8 leds IR/fototransistores (emissores infravermelho/receptores) montados em uma única placa, projetado para ser utilizado em seguidores de linha.
Há dois tipos de sensores QTR-8:
- QTR-8A: Utiliza leitura analógica dos sensores
- QTR-8RC: Utiliza portas digitais para fazer leitura dos sensores
- Biblioteca para Arduíno
- Arduino Library for the Pololu QTR Reflectance Sensors
- Leitura dos sensores
- O programa utiliza uma função disponível na biblioteca QTR-8 que fornece a posição do vetor em relação a linha, variando de 0 a 7000 (sensor 1 até sensor 8). Com o vetor no centro da linha retorna o valor 3500.
Drive para Motor DC L9110
Outros protótipos de hardware testados
Ajuste de parâmetros via Bluetooth
Para facilitar o ajuste dos parâmetros, foi introduzido um módulo bluetooth no robô para que os parâmetros sejam transferidos via Bluetooth de um aplicativo em um celular Android.
O aplicativo foi desenvolvido com o App Inventor.
A comunicação usando Bluetooth foi construída baseado nos exemplos apresentados em:
- https://appinventor.pevest.com/2015/01/23/part-1-basic-bluetooth-communications-using-app-inventor/
- https://appinventor.pevest.com/2017/01/06/part-3-bluetooth-communications-with-2-arduino-devices-using-app-inventor/
Vetor de Sensores e Determinação do Erro
A primeira versão do Seguidor de Linha utilizava um vetor com sete sensores para seguir a linha e determinar o erro do robô em relação a linha.
Dependendo da posição do vetor sobre a linha, apenas um ou dois sensores podem reconhecer a linha ao mesmo tempo, como mostra as figuras abaixo [1]:
- Apenas sensor central (s3) reconhece a linha.
- Sensor central (s3) e sensor (s4) reconhecem a linha.
- Possibilidades para o vetor de sensores
- Quando o sensor central está sobre a linha o erro é zero.
- Quando o carrinho deriva para esquerda, sensibilizando os sensores a direita do ponto central, o erro é positivo. Quando deriva para direita, sensibilizando os sensores a esquerda do ponto central, o erro é negativo.
Sensores 0 1 2 3 4 5 6 ------------- 1 0 0 0 0 0 0 --> Erro -6 1 1 0 0 0 0 0 --> Erro -5 0 1 0 0 0 0 0 --> Erro -4 0 1 1 0 0 0 0 --> Erro -3 0 0 1 0 0 0 0 --> Erro -2 0 0 1 1 0 0 0 --> Erro -1 0 0 0 1 0 0 0 --> Erro 0 0 0 0 1 1 0 0 --> Erro 1 0 0 0 0 1 0 0 --> Erro 2 0 0 0 0 1 1 0 --> Erro 3 0 0 0 0 0 1 0 --> Erro 4 0 0 0 0 0 1 1 --> Erro 5 0 0 0 0 0 0 1 --> Erro 6
Materiais sobre Seguidor de Linha com controle PID
- Projetos
- http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-rob-seguidor-de-linha-com-controle-pid-e-ajustes-por
- http://www.roboliv.re/conteudo/pid-controle-proporcional-integral-derivativo
- http://www.andrix.com.br/robo-seguidor-de-linha-utilizando-um-controlador-proporcional-derivativo-pd-com-arduino/
- http://www.andrix.com.br/robo-seguidor-de-linha-utilizando-um-controlador-proporcional-derivativo-pd-com-arduino/
- https://www.instructables.com/id/PID-Based-Line-Following-Robot-With-POLALU-QTR-8RC/
- Artigos e TCCs
- http://www2.uesb.br/computacao/wp-content/uploads/2014/09/ROB%C3%94-SEGUIDOR-DE-LINHA-AUT%C3%94NOMO-UTILIZANDO-O-CONTROLADOR-PROPORCIONAL-DERIVATIVO-EM-UMA-PLATAFORMA-DE-HARDWARE-SOFTWARE-LIVRE.pdf
- http://sistemaolimpo.org/midias/uploads/230c61ca8833329f9ffc867a89566dcd.pdf
- http://sistemaolimpo.org/midias/uploads/576de7878a7614e9d80c2907103fc4c7.pdf
- http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/7105/1/PB_COENC_2016_1_04.pdf
Referências
--Evandro.cantu (discussão) 08h58min de 16 de maio de 2018 (BRT)
