Statistical modeling

Para uma validação mais robusta, introduziram-se algumas perturbações no veículo de forma a compreender a dinâmica do controlador fuzzy a mudanças de velocidade. Deste modo, são apresentados dois ensaios. Um ensaio em que o veículo saiu fora do seu percurso, percorrendo alguns metros na relva, e um outro ensaio em que o veículo embateu contra um objeto reduzindo a sua velocidade. A Figura5.13mostra os resultados do primeiro ensaio.

Figura 5.13: Percurso realizado pelo veículo resultando numa perturbação no sistema.

Os círculos representados na Figura5.13descrevem os dados recolhidos através do GPS, da longitude e latitude e descrevem o percurso executado pelo veículo. O veículo percorreu alguns metros na relva e depois retomou novamente o seu percurso. A grandeza velocidade foi registada e encontra-se retratada na Figura5.14.

Figura 5.14: Velocidade veículo numa perturbação no sistema.

O primeiro ensaio foi efetuado com um valor de referência de velocidade de 6ms−1. Aproxi- madamente entre os segundos 16.5 e 19.5, o veículo saiu fora do seu percurso, movimentando-se por cima de relva. Esse desvio provocou uma descida brusca de velocidade, porém foi possível

5.6 Discussão dos Resultados 103

coloca-lo novamente no seu trajeto. Retificado o trajeto, o controlador fuzzy corrigiu a veloci- dade do veículo para os 6ms−1, demorando 2.5 segundos até isso acontecer.

O segundo ensaio foi realizado num percurso b) com uma referência de velocidade 7ms−1. A perturbação ocorreu quando o veículo embateu num cone colocado no meio do percurso. O resultado da grandeza velocidade encontra-se exposto na Figura5.15.

Figura 5.15: Velocidade veículo numa pequena perturbação no sistema.

O embate no cone fez o veículo perder a sua trajetória e também velocidade como se verifica na Figura5.15. Depois deste facto, o veículo retomou o seu percurso bem como a sua velocidade. Ao fim de 19 segundos de ensaio, foi enviado o sinal de travagem para os controladores de propulsão.

5.6

Discussão dos Resultados

Tratando-de de um modelo não linear, as regras e as formas das funções de pertença não apresentam uma simetria entre si. Pretendeu-se implementar um controlador com rápida res- posta e de forma suave. Uma pequena variação da velocidade foi automaticamente corrigida pelo controlador. Desta forma, observa-se que as mesmas não apresentam uma forma propor- cional. A elaboração de um sistema tendo em consideração o agendamento de tarefas permitiu um comportamento constante, melhorando a reposta do mesmo. A implementação de um ciclo secundário resolveu o problema de irregularidade do tempo de ciclo.

Os ensaios realizados permitiram validar o controlador de lógica difusa. Foram executados diversos ensaios em dois percursos e velocidades diferentes. O controlador de lógica difusa só foi ativado ao fim de um determinado instante de forma a simular uma situação real, em que o controlador apenas pode ser acionado acima de uma dada velocidade.

Os ensaios executados a 6ms−1como consta nas Figuras5.9e5.11, comparativamente aos ensaios a 7ms−1exibidos nas Figuras5.10e5.12, revelam uma maior oscilação de velocidade. Apesar de diferença não ser elevada, ela é notória. O controlador apresenta um melhor com- portamento a 7ms−1. Comparativamente aos dois percursos, não existem diferenças percetíveis, o que permite afirmar que o comportamento do controlador tanto em curva como em linha reta não apresenta disparidade.

O controlador apresenta como uma das suas entradas a aceleração longitudinal. Decidiu-se não introduzir um grande peso sobre a aceleração longitudinal, apenas compreender se o valor da grandeza era negativo ou positivo, ou seja, se a aceleração do veículo era no sentido do movimento ou não. Apesar desta consideração, a densidade de potência dos motores foi uma grande adversidade dificultando o ajuste da velocidade.

Foram introduzidas perturbações com o intuito de observar a resposta dinâmica do sistema desenvolvido. Foram executadas duas perturbações, com diferentes graus de atenuação da velo- cidade. Na primeira atenuação, o veículo percorreu uma superfície mais difícil de movimentar o que reduziu drasticamente a sua velocidade. Quando o veículo retomou o seu percurso o controlador demorou aproximadamente 2.5 segundos a estabilizar novamente a velocidade. Na segunda atenuação, o embate com um cone fez diminuir a velocidade, velocidade que voltou a estabilizar passados aproximadamente 3 segundos. Deste modo, carateriza-se o comportamento do controlador de lógica difusa.

Capítulo 6

Conclusões e Trabalho Futuro

O presenta capítulo aborda as conclusões finais da dissertação e também alguns pontos de desenvolvimento futuro que permitem adicionar valor ao trabalho desenvolvido.

6.1

Conclusão

A temática dos veículos terrestres encontra-se num elevado patamar de estudo e desenvol- vimento. De forma a aprimorar os conhecimentos acerca do veículo, o capítulo 2, de revisão bibliográfica, exibe os fundamentos do modelo e os graus de liberdade do mesmo, assim como equações que regem o seu movimento de rotação e translação. A inclusão do estudo da mode- lação do pneu tornou-se imprescindível, tendo em conta que esta é parte integrante do veículo e do seu movimento. O estudo não estaria completo sem a inclusão do centro de massa e aerodi- nâmica, fundamentos relevantes no comportamento da dinâmico do veículo.

Nesta dissertação, propôs-se o desenvolvimento de um protótipo composto por um conjunto de sensores capazes que recolher informação significativa do veículo e guardá-la num dispositivo de forma a poder-se estudar offline. No início do desenvolvimento da dissertação, o protótipo apresentava-se numa fase embrionária do seu desenvolvimento: continha algumas alterações mecânicas de forma a albergar os motores anteriormente dimensionados; os dispositivos utiliza- dos (IMU, GPS e microSD) provinham de um projeto anterior [14], pelo que a sua seleção não constituiu um dos objetivos deste trabalho. Desta forma, foi necessário realizar a montagem de todos os componentes tendo em conta o seu centro de massa.

A capacidade de desenvolver um algoritmo de aquisição sensorial prende-se com estudo dos dispositivos utilizados, de forma a compreender o seu funcionamento e caraterísticas principais. Foram executadas todas ligações com os diversos dispositivos tendo em consideração desen- volvimentos futuros. Executada a montagem do hardware, estabeleceu-se a comunicação com

os dispositivos de medição e definiu-se parâmetros de configuração dos mesmos, que alteram o sinal obtido. Foi necessário realizar o processamento dos sinais adquiridos dos dispositivos de medição, que incluem a conversão do output dos mesmos para unidades SI. A necessidade de obtenção de sinais com o menor ruído possível levou à implementação de métodos de filtragem. De forma a aumentar a robustez do hardware, desenvolveu-se uma placa de circuito im- presso. A placa foi agregada ao protótipo, permitindo a realização de ensaios de forma segura.

A validação do algoritmo implementado e do funcionamento dos dispositivos de medição foi realizada através de um conjunto de testes com as condições de segurança necessárias. Procedeu- se, dessa forma, à realização de ensaios no Kartódromo Internacional de Braga, o que permitiu não só testar o algoritmo implementado mas também compreender o comportamento do veículo. Apesar de não ter sido executada uma comparação com outros dispositivos de maior precisão e de outras tecnologias, os ensaios realizados permitiram validar de forma favorável o funciona- mento dos dispositivos.

A necessidade de compreensão dos dados adquiridos levou à realização de um estudo refe- rente à parametrização do veículo. A parametrização compreendeu-se com a determinação do centro de massa, caraterização do momento de inércia da roda e dos motores.

A localização do centro de massa foi realizada através de quatro balanças, uma em cada roda. Apesar de a sensibilidade das mesmas apresentarem valores diferentes, não influenciaram no resultado final. A disposição dos componentes teve em conta a distribuição de peso, o que permitiu que a localização do centro de massa se encontrasse próximo do centro geométrico.

Apresentando um componente primordial no movimentar do veículo, realizou-se um estudo acerca do momento de inércia da roda. Executou-se uma comparação entre três modelos com si- metrias semelhantes e o modelo experimental. Desta vez permitiu validar o resultado do modelo experimental e compará-lo com os modelos teóricos.

Os veículos propulsionados com múltiplos motores elétricos permitem o controlo indepen- dente de cada roda do veículo, tornando a resposta mais dinâmica e interessante. A caracte- rística binário/velocidade do motor elétrico representa uma mais valia, principalmente quando equiparado com os motores de combustão interna. A necessidade de conhecer uma estimativa do binário produzido, a diferentes velocidades, foi imprescindível na compreensão dos motores utilizados, bem como do respetivo sistema eletrónico de controlo de propulsão. O ensaio experi- mental destinou-se a obter uma caraterização muito superficial da força que os motores brushless são capazes de desenvolver em função do nível de duty-cyle. Os resultados obtidos permitiram intuir sobre a sua linearidade e o seu desempenho para diferentes regimes de velocidade e carga. O comportamento satisfatório exibido pelo algoritmo proposto, proporcionou um conjunto de valências favoráveis para a implementação de um controlador de velocidade. O controlador desenvolvido baseou-se num sistema de lógica difusa. A utilização de métodos baseados nesta