60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

As antenas são importantes ferramentas em diversas aplicações que englobam a área de engenharia elétrica e telecomunicações na transmissão e recepção de sinais. Inúmeras pesquisas são desenvolvidas na área de sistemas de comunicação. Muitas destas aplicações não necessitam do direcionamento da antena, já que o sinal é largamente espalhado e pode ser obtido em diversas direções. O direcionamento de antenas é essencial para a transmissão de sinais a longas distâncias com menor consumo de potência. A maior dificuldade de realizar este direcionamento surge quando o transmissor ou o receptor são móveis. Um exemplo do sistema em estudo é o controle de posição de antena para coleta de dados oriundos de satélites. Este sistema pode ser aplicado em controle de antenas de estações meteorológicas, bem como em sistemas de comunicação via satélite. Assim, apresenta-se o estudo e desenvolvimento de um sistema de controle em malha fechada de posição de uma antena de pequeno porte por azimute. Inicialmente será apresentada a identificação da planta a partir do levantamento experimental. Após, será apresentada a função de transferência do controlador projetado para a planta do sistema, bem como uma comparação entre os resultados obtidos através de análise experimental e da simulação realizada.

METODOLOGIA:

Este trabalho foi desenvolvido desde a construção mecânica da planta até o projeto e implementação do circuito elétrico do controlador. A construção mecânica partiu da adaptação de uma antena TV/FM de pequeno porte, encontrada no comércio local, em uma base plástica que proporcionou sustentação e abrigo para o circuito desenvolvido, além de uma interface de acesso do usuário aos sinais de entrada e saída de posição bem como sinais do sensor. Para movimentação angular da antena, optou-se pelo uso de um servo motor com caixa de redução. Primeiramente, realizou-se a identificação experimental da planta, através da aproximação a uma função de transferência de primeira ordem a partir da reposta ao degrau da velocidade (V(s)) em malha aberta, obtida com o auxílio de um osciloscópio. Como o desejado era efetuar o controle de posição da planta, integrou-se V(s) no domínio da freqüência e obteve-se assim a função de transferência da posição (R(s)). Posteriormente projetou-se um controlador em avanço de fase através do método do lugar das raízes. Para uma análise do desempenho do controlador projetado, efetuou-se a simulação da resposta ao degrau da planta com o controlador em malha fechada através do SIMULINK (toolbox do MATLAB). Em seguida, foi implementado o controlador projetado.

RESULTADOS:

Para análise dos resultados comparou-se a resposta dinâmica da planta implementada, com os resultados obtidos através da simulação computacional. As especificações de projeto consideradas no método do lugar das raízes foram atendidas. Portanto, notou-se que o comportamento da planta foi coerente com o obtido em simulações. Em regime transitório, a planta apresentou algumas características não-lineares típicas, como a saturação (limitação de energia) e a banda morta (devido aos coeficientes de atrito estático), que não são previstas em sistemas lineares. Vale ressaltar que esse comportamento se mostrou útil para o estudo e compreensão de sistemas não-lineares. Tendo em vista que a posição do sistema em malha aberta não tende a um valor fixo, pois o servo motor esta sendo alimentado de maneira constante, não é possível a comparação entre os resultados referentes à posição em um sistema em malha fechada. Assim optou-se por analisar as respostas de posição da planta em malha fechada, com e sem controlador, para análise da influência deste controlador no sistema.

CONCLUSÕES:

Este trabalho propôs a implementação de um controle de posição em malha fechada de uma antena por azimute para avaliação e estudo experimental de um sistema de controle dinâmico. O projeto foi escolhido devido a sua vasta aplicabilidade em diversas áreas relacionadas à engenharia elétrica e por ser um exemplo bastante útil no ensino de sistema de controle automático. Com os resultados obtidos foi possível concluir que o controlador atendeu plenamente as expectativas de projeto em comparação com os resultados de simulação. Além dos atributos técnicos, a estruturação mecânica também mostrou-se satisfatória durante os testes realizados com a mesma, o que possibilitou um resultado satisfatório. Futuramente, novos trabalhos para aumentar o número de graus de liberdade do sistema e realizar o rastreamento de um transmissor móvel poderão abrir novas alternativas de estudo.

Instituição de fomento: Sesu / MEC

Palavras-chave: Antena, Controle de Posição, Malha Fechada

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