Desenvolvimento de um controlodador PID de velocidade para motores de corrente contínua

Abstract

O trabalho apresenta o desenvolvimento de um controlador PID de velocidade aplicado a um robô móvel diferencial, este, foi criado para uso em atividades de robótica educacional no laboratório LAPSE e na rede RECARE, da Universidade Federal de Alfenas. A motivação central residiu na necessidade de garantir deslocamentos mais precisos e controlados, de modo a viabilizar aplicações didáticas em contextos de ensino STEAM. Inicialmente, são abordados os fundamentos teóricos relacionados à robótica móvel diferencial, ao comportamento de motores de corrente contínua, aos sistemas de controle em malha fechada, ao método de sintonia de Ziegler Nichols e à odometria baseada em encoder óptico. Na etapa experimental, foi desenvolvido um sistema de medição utilizando disco encoder com 20 furos e sensor infravermelho, bem como realizada a caracterização de dois motores, por meio da análise da variação da velocidade e da corrente em função da tensão aplicada, com ajuste de modelos via método dos mínimos quadrados e avaliação pelo teste de qui quadrado. O controlador PID é implementado em Arduino, utilizando a uma ponte H L298N e um sensor INA219 para monitoramento da corrente e tensão. Os resultados evidenciaram diferenças importantes entre os motores quanto à resposta em rotações por minuto e consumo de corrente, justificando a adoção de controladores independentes. Verifica-se que a sintonia clássica por Ziegler-Nichols não produz resultados plenamente satisfatórios nas condições e ferramentas disponíveis, ao passo que a sintonização empírica por tentativa e erro apresenta melhor desempenho, com overshoot e erro em regime considerados aceitáveis em faixas específicas de velocidade. Conclui-se que o controlador desenvolvido representa um avanço relevante na etapa de controle de velocidade e constitui base para a implementação futura de um controle cinemático completo, com potencial de aplicação em atividades de ensino técnico e de engenharia.