Modelagem de Motores de Corrente Contínua para o Emprego no Acionamento de Servomecanismos

Resumo

Os servomecanismos são controles retroalimentados que objetivam ajuste de posição e velocidade, ou seja, são estratégias de controle automático empregados quando se deseja controle de movimento. Manipuladores robóticos, trolleys/carts elétricos e equipamentos de suspensão/translação de cargas, constituem plantas/processos que exigem controle de movimento, isto é, são sistemas dinâmicos eletromecânicos nos quais se objetiva ações de controle de posição e/ou velocidade. Todas estas aplicações exigem precisão e, simultaneamente, boa relação tempo de resposta versus sobressinal. Entre as máquinas elétricas rotativas capazes de serem empregadas no acionamento de servomecanismos, os motores de corrente contínua (MCC) são particularmente as máquinas mais controláveis e versáteis existentes. A competência dos MCC no controle do movimento é inerente a sua constituição, dado que nestas máquinas é possível manipular tanto seu circuito de campo, e assim seu “cenário” magnético, quanto o circuito de armadura, ou seja, sua porta energética de entrada. O estudo de servomecanismos acionados por MCC exige a modelagem da dinâmica desta máquina rotativa considerando todas a variáveis de entrada/saída (tensões aplicadas e correntes resultantes), parâmetros (resistências, indutâncias, momento de inércia do rotor + eixo, coeficientes de amortecimento viscoso, coeficiente de elasticidade do eixo) e imperfeições (perdas ôhmicas, perdas rotacionais e perdas por histerese/foucault), para que se tenha uma representação realística da dinâmica da máquina elétrica. O objetivo da pesquisa foi modelar o MCC matematica e computacionalmente. Para isto, se fez necessário outras práticas, como realizar revisão bibliográfica sobre o MCC; realizar a modelagem matemática do MCC no domínio do tempo (representação por espaços de estados) e no domínio da frequência complexa (formulação por LAPLACE); realizar a modelagem e simulação computacional; e por fim produzir material de referência sobre a modelagem do MCC. Na etapa teórico-descritiva da pesquisa proposta, foram adotadas, intercaladamente, as abordagens qualitativa e quantitativa, associadas à modelagem matemática e computacional do MCC. Em etapa prática foram realizadas simulações computacionais onde o MCC foi submetido a eventos tais como: partida, tomada de carga gradativa e em degrau, inversão de polaridade, variações paramétricas, etc. A plataforma computacional empregada na modelagem e simulação computacional foi o MATLAB/SIMULINK, na qual serão resolvidas, por métodos numéricos, as equações diferenciais que regem a dinâmica do MCC. A validação do modelo se utilizará de bancada experimental que dispõe de um MCC com fonte de injeção de sinais elétricos e placa de aquisição de dados. Como resultado da pesquisa aqui apresentada, são disponibilizados modelos para simulação computacional de um MCC, acompanhado de descrição detalhada da modelagem matemática e algoritmos numéricos empregados na modelagem, para subsidiar pesquisas futuras sobre manipuladores robóticos, trolleys/carts elétricos e equipamentos de suspensão/translação de cargas. Palavras-chaves: Motor de Corrente Contínua; Modelagem; MATLAB; Controle P.I.