Projeto de um sistema de controle adaptativo para apontamento automático de uma antena parabólica receptora

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de controle capaz de realizar o apontamento automático de uma antena parabólica de forma mais precisa e com menor tempo de apontamento quando comparado ao apontamento manual. A antena parabólica em estudo consta de uma parábola metálica de 1,60 m de diâmetro, base de sustentação em ferro, dois conjuntos de engrenagens e dois motores elétricos para realização dos movimentos. Os parâmetros físicos do sistema mecânico, tais como massa, volume e inércia, puderam ser facilmente obtidos a partir de uma modelagem tridimensional em um software de plataforma CAD. Para a modelagem dinâmica do sistema utilizou-se a similaridade do sistema físico em estudo com um manipulador de cadeia aberta de dois graus de liberdade o que permitiu que se aplicassem conceitos referentes a cinemática e modelagem de manipuladores robóticos. Através da notação de Denavit-Hartenberg a cinemática direta da antena com dois graus de liberdade foi obtida com sucesso. As equações dinâmicas que descrevem o movimento do sistema foram levantadas através de um modelador automático implementado em um software de manipulação simbólica. Para tanto foi desenvolvido um algoritmo que descreve os passos necessários para obtenção das equações de movimento de um manipulador robótico em cadeia aberta, a partir da formulação Lagrangeana. Um sistema de controle adaptativo por modelo de referência foi projetado e implementado considerando as incertezas do modelo oriundas de imperfeições contidas na modelagem tridimensional realizada. Os resultados obtidas por simulação do sistema de controle adaptativo se mostraram satisfatórios e os índices de desempenho esperados para um perfeito apontamento foram alcançados.

Abstract: The objective of this work is to develop a control system capable of performing the automatic maneuver of a satellite dish more accurately with less time maneuvering when compared to manual maneuver. The dish consists of a study on metal parabola 1.60 m in diameter, base of support in iron, two sets of gears and two electric motors to perform the movements. The physical parameters of the mechanical system, such as mass, volume and inertia could be easily obtained from a three-dimensional modeling in a CAD software platform. For modeling the system dynamics we used the similarity of the physical system under study with an open chain manipulator of two degrees of freedom that allowed it to apply concepts related to kinematics and modeling of robotic manipulators. Through the Denavit-Hartenberg notation of the direct kinematics of the antenna with two degrees of freedom was successfully obtained. The dynamic equations describing the motion of the system were raised through an automatic model implemented in symbolic manipulation software. To that end, an algorithm that describes the steps necessary to obtain the equations of motion of a robotic manipulator in open chain, from the Lagrangian method, was developed. A model reference adaptive control system was designed and implemented considering the uncertainties of the model arising from imperfections within the three-dimensional modeling. The results obtained by simulation of the system of closed loop control were satisfactory as well as the high rates of the perfect maneuver have been achieved.