Esterçamento automático e controle de velocidade de veículos agrícolas com simulações em tempo real
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Data
2020-09-18Autor
Zart, José Carlos Ignacio Gonçalves
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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.
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