Author(s): Cardoso, Miguel Ribeiro de Sousa
Date: 2015
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/7181
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Levitação Eletromagnética; Controlador Difuso; Controlador PID; MATLAB; Electromagnetic Levitation; Fuzzy Controller; PID Controller; Automação e Sistemas
A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.
The magnetic levitation has been a topic quite investigated mainly due to its use in rail transport systems. This method is ideal when there is a need in applications for restricting the physical contact, or the convenience, in terms of energy, to eliminate friction. The operating principle is simple, one coil creates a force on a ferromagnetic object that goes against the force of gravity. Yet levitation system by attraction is unstable and nonlinear, which means the need to implement a controller to meet the desired stability features. Throughout this project it will be described the theoretical and practical procedures that have been taken to create an electromagnetic levitation system. The physical design of the system, such as the sensor selection, signal conditioning or the construction of the coil, to the mathematical procedures that enabled the system modeling and creation of the controllers are explained. The classic controllers, such as the PID or phase-lead controller, were designed using the root locus technique. In the fuzzy controller design, however, it was not used any type of system modeling or mathematical relations between variables. The use of this control technique stands out for its simplicity and fast implementation, providing a good performance to the levitation system. The results obtained by the different control methods are then analyzed and the conclusions are presented. These results reveal that for this system, compared with other control methods, the fuzzy controller performs better both in terms of the transient response and steady state.
