Uma abordagem para tuning de um controlador PI para motores brushless DC : um estudo de caso aplicado ao controle de movimento de um robô omnidirecional

Abstract

O controle de motores é fundamental no estudo e desenvolvimento de Robôs Móveis Autônomos (RMAs). A técnica de controle mais utilizada é a implementação de controladores Proporcional, Integral e Derivativo (PID), porém, a escolha das constantes de controle ótimas para a aplicação é uma questão crítica e complexa em algumas aplicações e às vezes negligenciada por alguns projetistas de RMAs. Um levantamento feito entre as equipes participantes da RoboCup, maior campeonato de robótica do mundo, na categoria Small Size League (SSL) no ano de 2019 mostrou que 79, 2% das equipes utiliza um controlador PID (ou uma variação sem o efeito integral ou sem o efeito derivativo) para controlar os motores de seus robôs. Dentre essas equipes, 52, 63% não apresenta uma justiĄcativa para a escolha das constantes de controle, já 21, 05% aĄrma ter encontrado os parâmetros sub-ótimos através de tentativas e erros. Os RMAs devem ser capazes de atuar em ambientes dinâmicos e desconhecidos e de reagir em situações de imprevisibilidade, e a precisão e acurácia dessas reações estão atreladas a um controle bem otimizado. Este trabalho propõe uma abordagem para identiĄcar parâmetros de controle adequados a partir de um conjunto de amostras de um motor Brushless DC para a implementação de um controlador PI para controle de velocidade desse motor. Será apresentada uma metodologia para identiĄcação de um modelo matemático que melhor descreve a resposta do motor, em seguida, são identiĄcadas as constantes mais adequadas do controlador PI para o modelo proposto com o auxílio da ferramenta PIDTuner do software MATLAB. A técnica foi aplicada a um estudo de caso real e o controlador foi implementado e validado na movimentação de um robô omnidirecional projetado dentro das regras da categoria RoboCup Small Size League. Os resultados mostram uma melhora signiĄcativa na resposta do motor para uma velocidade desejada em relação ao controle previamente utilizado, projetado de maneira empírica, e também uma melhora no desempenho do robô ao seguir uma trajetória determinada sem feedback da posição atual do robô.