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dc.contributor.advisorSilva, André Luís da
dc.creatorZart, José Carlos Ignacio Gonçalves
dc.date.accessioned2022-11-16T18:40:33Z
dc.date.available2022-11-16T18:40:33Z
dc.date.issued2020-09-18
dc.date.submitted2020
dc.identifier.citationZART, J. C. I. G. Esterçamento automático e controle de velocidade de veículos agrícolas com simulações em tempo real. 2020. 119 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeroespacial)- Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, 2020.por
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/26905
dc.descriptionTrabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Aeroespacial, RS, 2020.por
dc.description.abstractIn this work, an automatic steering and velocity control is designed for an agricultural tractor to improve agricultural efficiency due to the following reasons: to avoid missing or overlap between two adjacent tracks and to keep a constant velocity during operation. The vehicle is firstly modeled in Vortex Studio, which is a physics-based simulation software that uses multibody dynamics combined with several models, such as tire models, to compute the physical quantities. The Bekker soft ground tire model, which capture the non-linear friction behaviour and rolling resistance resulting from wheels sinking into the ground, is used to compute the tire forces. Then, a simplified mathematical model, based on the rigid body equations of motion, is developed. For the longitudinal dynamics the mathematical model is build based on system identification. Therefore, the mathematical model is compared with the Vortex Studio model and the compatibility is verified. Later, the simplified models are linearized and an analysis of the open-loop stability is performed. Based on this, the control requirements of performance are specified and a phase lead compensator with an integrator is designed for the automatic steering system. For the automatic velocity control a Proportional-Integral-Derivative (PID) compensator is used. The control system design is done based on a modern control technique, which determine the optimal feedback gains based on a linear quadratic formulation of the tracker problem. In the sequence, the performance requirements are verified based on the step response and the closed-loop stability is analyzed in terms of the disk margins for both control systems. Also, the Lookahead-Based Line of Sight Steering algorithm is implemented to generate the appropriate reference signal to the steering control system. Finally, Software-In-the-Loop (SIL) simulations are performed to verify the stability margins and to analyze the control system performance in the presence of noise, model uncertainties and terrain variations.eng
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectSimulaçãopor
dc.subjectControlepor
dc.subjectModelagem Matemáticapor
dc.subjectVeículo Agrícolapor
dc.subjectSimulatoneng
dc.subjectControleng
dc.subjectMathematical Modelingeng
dc.subjectFarm Vehicleeng
dc.titleEsterçamento automático e controle de velocidade de veículos agrícolas com simulações em tempo realpor
dc.title.alternativeAutomatic steering and velocity control of farm vehicles using real time simulationseng
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso de Graduaçãopor
dc.degree.localSanta Maria, RS, Brasil.por
dc.degree.graduationEngenharia Aeroespacialpor
dc.description.resumoO presente trabalho trata do projeto dos sistemas de controle de esterçamento e velocidade de um trator agrícola, com o intuito de manter a velocidade longitudinal constante e evitar a sobreposição de linhas de plantio e, assim, aumentar a eficiência das operações. Realiza-se a modelagem de um trator semelhante ao New Holland T4.75 no programa Vortex Studio, o qual corresponde a um modelo multicorpos que faz interface com o modelo de pneu. Nesse caso, utiliza-se o modelo de pneu de Bekker que capta o comportamento não linear do atrito e da resistência ao rolamento resultante da deformação do solo. Na sequência, desenvolve-se um modelo matemático simplificado com base nas equações do movimento de um corpo rígido. Para a dinâmica longitudinal, especificamente, obtém-se um modelo matemático por identificação de sistemas, que relaciona diretamente a velocidade longitudinal com a atuação de controle. Com isso, verifica-se a compatibilidade do modelo matemático com o modelo do Vortex Studio. Em seguida, os modelos simplificados são linearizados e analisa-se a estabilidade do sistema em malha aberta. A partir disso, são estabelecidos requisitos de desempenho para os dois sistemas de controle e projeta-se um compensador do tipo Proporcional-Integral (PI), com pólo adicional em alta frequência, para o controle de esterçamento e outro Proporcional-Integral-Derivativo (PID) para o controle de velocidade, com base em uma técnica de controle moderno, a qual consiste em encontrar os ganhos ótimos das realimentações de forma simultânea a partir de uma formulação quadrática linear para o problema de rastreio. Na sequência, verificamse os requisitos de desempenho a partir de uma resposta ao degrau e realiza-se uma análise de estabilidade em malha fechada, a qual consiste em obter a margem de disco dos dois sistemas de controle. Ainda, apresenta-se o algoritmo de geração de referência Lookahead-Based Line of Sight Steering (LOS), que calcula uma determinada referência de apontamento com base em pontos de trajeto predefinidos. Por fim, são realizadas simulações em Software-In-the-Loop (SIL), em que verificam-se as margens de estabilidade, aplicam-se ruídos de medida, variações de terreno, obstáculos no terreno e variações de massa e analisa-se o limite dos sistemas de controle na presença de distúrbios combinados.por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIALpor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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