Identificação automática de atrito em atuadores pneumáticos utilizando equipamento de baixo custo

Abstract

O presente trabalho aborda o estudo experimental das características não lineares de atrito interno em atuadores pneumáticos. Os atuadores pneumáticos contêm uma tecnologia limpa comparados com os atuadores hidráulicos, ótima relação entre potência e massa suportada, e baixo custo em relação a atuadores elétricos. Também possuem internamente características não lineares que influenciam no controle de um servoposicionador, incluindo principalmente a vedação do êmbolo com o perfil do atuador e a vedação da haste. Portanto, para obter a precisão de posicionamento é necessária uma caracterização do atrito interno. Os métodos utilizados para o desenvolvimento da pesquisa são: investigação do problema de atrito com o modelo LuGre; desenvolvimento do equipamento experimental com um controlador de baixo custo Raspberry Pi; e realização dos experimentos com a identificação automática de atrito em atuadores pneumáticos. Obtendo assim, a visualização gráfica da força de atrito em função da velocidade em regime permanente. A força de atrito em relação aos parâmetros do modelo é calculada em tempo real, possibilitando, dessa forma, a visualização do comportamento da força ao longo do deslocamento do êmbolo do atuador. Os resultados têm a finalidade de verificar as características de atrito do atuador pneumático através dos parâmetros identificados. Desse modo, é possível classificar o atuador pneumático mais adequado para aplicação em sistemas de posicionamento e monitorar o seu desgaste.

This work presents an experimental procedure for determination of the nonlinear characteristics of internal friction of pneumatic actuators. Pneumatic actuators are a clean technology compared to hydraulic actuators, have good relationship between power and supported mass, and low cost compared to electric actuators. They also have nonlinear characteristics which influence the control of the servo positioner, including mainly the piston seal with the intern surface of the pneumatic actuators and rod seal, therefore to get the positioning accuracy it is necessary a good characterization of internal friction. The methods used for the development of the research are: investigation of the friction problem with the LuGre model; development of experimental equipment with a low cost controller Raspberry Pi; and achievement of the experiments with the automatic identification of friction in pneumatic actuators. Thus, it is obtained the graphical visualization of the friction force as a function of the velocity in steady state. The friction force in relation to model parameters is calculated in real time, enabling the visualization of behaviour of pneumatic force along of displacement piston of the actuator. The results have as purpose verify the friction characteristics of the pneumatic actuator using the identified parameters, thus, it is possible to classify the best pneumatic actuator for application in positioning systems and to monitor the your wear.