dc.contributor.advisor | Silva, André Luís da | |
dc.creator | Zart, José Carlos Ignacio Gonçalves | |
dc.date.accessioned | 2022-11-16T18:40:33Z | |
dc.date.available | 2022-11-16T18:40:33Z | |
dc.date.issued | 2020-09-18 | |
dc.date.submitted | 2020 | |
dc.identifier.citation | ZART, 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.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/26905 | |
dc.description | Trabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Aeroespacial, RS, 2020. | por |
dc.description.abstract | In 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.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Acesso Aberto | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Simulação | por |
dc.subject | Controle | por |
dc.subject | Modelagem Matemática | por |
dc.subject | Veículo Agrícola | por |
dc.subject | Simulaton | eng |
dc.subject | Control | eng |
dc.subject | Mathematical Modeling | eng |
dc.subject | Farm Vehicle | eng |
dc.title | Esterçamento automático e controle de velocidade de veículos agrícolas com simulações em tempo real | por |
dc.title.alternative | Automatic steering and velocity control of farm vehicles using real time simulations | eng |
dc.type | Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação | por |
dc.degree.local | Santa Maria, RS, Brasil. | por |
dc.degree.graduation | Engenharia Aeroespacial | por |
dc.description.resumo | O 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.country | Brasil | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |