Controle digital em cascata de uma planta didática de levitação magnética com linearização por realimentação

Abstract

A suspensão de uma esfera de material ferromagnético em um campo magnético induzido por um eletroímã é um exemplo didático de suspensão magnética. Este sistema é instável em malha aberta e requer o controle em malha fechada para ter características aceitáveis de suspensão. Neste trabalho foi projetado um sistema de controle digital, empregando a técnica de controle em cascata para a planta descrita. Além disso, o sistema de controle incluiu um processo de linearização baseado nos valores instantâneos das variáveis de estado. O sistema de controle foi projetado com base em um modelo da planta no espaço de estados e seu desempenho foi avaliado através de simulações. A suspensão estável da esfera foi alcançada para perfis de referência com aceleração contínua. Além disso, perturbações determinísticas foram rejeitadas. Concluiu-se que a técnica de controle adotada é eficiente para estabilizar a posição da esfera e realizar o seguimento de referência para um certo tipo de perfil.

The suspension of a sphere of ferromagnetic material in a induced magnetic field by an electromagnet is a didactic example of magnetic suspension. This system is unstable in open loop and it requires closed loop control to have acceptable suspension characteristics. In this work, a digital control system for the described plant has been designed using the cascade control technique. In addition, the control system included a linearization process based on the instantaneous values of the state variables. The control system is based on a plant's model in state space and its performance was evaluated through simulations. The stable sphere suspension was achieved for reference profiles with continuous acceleration. Furthermore, deterministic perturbations were rejected. It was concluded that the adopted control technique is efficient to stabilize the ball position and to perform the reference tracking for a certain type of profile.