PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE TIPO PID DE POSIÇÃO DE UM PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO ACIONADO POR MOTOR CC

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

MARCELO DO NASCIMENTO OLIVEIRA

PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE TIPO PID DE POSIÇÃO DE UM PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO ACIONADO POR MOTOR CC

SÃO LUÍS

2018

MARCELO DO NASCIMENTO OLIVEIRA-2016005262

PROJETO DE SISTEMA DE CONTROLE TIPO PID DE POSIÇÃO DE UM PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO ACIONADO POR MOTOR CC

SÃO LUÍS

2018 

RESUMO

Tradicionalmente a geração de energia solar é feita mantendo-se os painéis fotovoltaicos fixos. Dada o relativo alto custo desse tipo de geração energética, busca-se maximizar a taxa de conversão de forma a viabilizar o seu uso. Nesse contexto este projeto busca aumentar a conversão de um painel solar fotovoltaico através do controle de posição do mesmo usando para isso um atuador do tipo motor CC. Em síntese o sistema projetado deve manter uma posição ideal do painel solar, em que os raios solares incidentes possuam um ângulo de 90º com o painel usando a técnica de controle PID em malha fechada.

O projeto segue as etapas de modelagem matemática do atuador através de EDOs, seguido pela função de transferência do sistema, e então o a análise de estabilidade e o projeto do controlador PID usando as técnicas de controle clássicas, tais como: Ziegler Nichols, alocação de polos, lugar das raízes e análise no domínio da frequência. Nesse sistema relativamente simples será dada ênfase a análise dos aspectos relativos ao atuador dado os painéis em si são imóveis, e não serão abordados aspectos de eficiência energética ou demais temas relacionados. As técnicas de controle citadas visam manter estabilidade do sistema através de análises, utilizando-se de uma realimentação em malha fechada para alcançar esse objetivo

Palavras-chave: Controle, Frequência, Motor CC, Projeto.

 

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Representação básica de um motor de corrente contínua. 7

Figura 2. Modelo com os componentes de um motor CC 8

Figura 3. Resposta ao impulso da função de malha aberta. 12

Figura 4. Resposta ao degrau da função de malha aberta. 13

Figura 5. Mapa de polos e zeros da função de malha aberta da planta. 14

Figura 6. Resposta ao impulso da função de malha fechada. 15

Figura 7. Resposta ao degrau da função de malha fechada.. 16

Figura 8. Mapa de polos e zeros da função de transferência de malha fechada para a planta.. 17

Figura 9. Diagrama de blocos do sistema completo. 18

Figura 10. Arranjo de Routh. 20

Figura 11. Resposta ao degrau do sistema para diferentes valores de ganho proporcional. 22

Figura 12. Resposta ao degrau na perturbação do sistema para diferentes valores de ganho proporcional 23

Figura 13. Resposta ao degrau do sistema para diferentes valores de ganho integrativo. 25

Figura 14. Resposta ao degrau na perturbação do sistema para diferentes valores de ganho integrativo. 25

Figura 15. Resposta ao degrau do sistema para diferentes valores de ganho derivativo. 27

Figura 16. Resposta ao degrau na perturbação do sistema para diferentes valores de ganho derivativo. 28

Figura 17. Diagrama de Bode de controle P. 30

Figura 18. Diagrama de Bode controlador PID. 31

Figura 19. Diagrama de Bode do sistema com compensador LEAD-LAG. 34

Figura 20. Resposta do sistema oscilatório. 36

Figura 21. Respostas do sistema para a entrada de degrau unitário. 37

Figura 22. Gráfico do lugar das raízes para o sistema. 37

Figura 23. Aproximação para sistemas de primeira ordem. 38

Figura 24. Resposta do sistema para diferentes valores de kp. 39

 

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 6

2. MOTOR DE CORRENTE CONTINUA (CC) 7

2.1 Modelagem Matemática 8

3. FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DA PLANTA 9

4. COMPORTAMENTO DINÂMICO DA PLANTA 10

4.1 Parâmetros do motor 10

4.2 Resposta à malha aberta 11

4.3 Resposta à malha fechada 14

5. PROJETO DO CONTROLADOR PID 17

5.1 Critério de Routh 19

5.2 Método de Tentativa e Erro 20

5.3 Diagrama de Bode 28

5.4 LEAD- LAG 32

6. SINTONIA 35

6.1 Método da sensibilidade limite 35

6.2 Método da curva de reação 38

7. CONCLUSÃO 40

8. REFERÊNCIAS 41

 

INTRODUÇÃO

A energia é indispensável a sobrevivência e evolução da nossa espécie dada a nossa grande dependência