Foram realizados testes de seguimento de ondas sinusoidais a diversas frequências, para comparação com o controlo On-Off. A 1Hz é possível observar as variações de referência, sendo uma sinusoide constituída por diversos degraus (Figura 85).
Figura 85: Seguimento de uma onda sinusoidal a 1Hz
A frequência máxima demonstrada na lei de controlo On-Off foi de 100Hz.A seguinte figura comprova que a linearização em malha fechada com ganho proporcional consegue atingir esse limiar (Figura 86).
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Figura 86: Seguimento de uma onda sinusoidal a 100Hz
Foi realizado o teste do seguimento de referência a 1000Hz, no entanto, a amplitude do sinal não é igual à da referência. Isso é explicado pelo facto de a estrutura ser mais lenta do que os valores a seguir (Figura 87).
Figura 87: Seguimento de uma onda sinusoidal a 1000Hz
Concluindo, os resultados apresentados ao longo deste capítulo foram os expectáveis, alcançando um correto controlo com linearização em malha fechada para a totalidade da distância entre elétrodos disponível. O sistema implementado permite o seguimento das mais variáveis referências a frequências elevadas, comparativamente ao estado de arte atual. É possível afirmar que os objetivos propostos foram alcançados. Para além dos resultados obtidos, as características e desempenho do sistema implementado fazem com que este seja indicado para a implementação de modelos que necessitem de altas frequências de funcionamento. O controlo On-Off também obteve resultados que estendem o estado da arte, apresentando um seguimento adequado. Ambos os controlos obtiveram resultados semelhantes.
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Capítulo 7
CONCLUSÃO E TRABALHO FUTURO
Ao longo desta dissertação de mestrado foram desenvolvidas leis de controlo para micro-atuadores electroestáticos na zona de instabilidade. A zona de instabilidade ocorre quando a tensão aplicada não permite que a força elástica esteja em equilíbrio com a força electroestática. Para eliminar essa limitação foram implementadas duas leis de controlo, sendo elas, controlo On-Off e controlo PID com linearização em malha fechada.
Os resultados obtidos estão de acordo com as expectativas, conseguindo um aumento do deslocamento em 267%, o que equivale a 88.9% da distância entre placas. Não foi possível um alargamento de maior amplitude devido aos stoppers mecânicos presentes nas estruturas. Os resultados diferem da maioria dos trabalhos presentes no estado de arte pelo facto de serem experimentais. A grande parte dos autores referenciados, que propõem leis de controlo para atuadores electroestáticos, apresentam trabalhos de caris teórico, não podendo ser comparáveis. No entanto, os resultados obtidos pelo sistema implementado numa FPGA estendem o atual estado da arte. O trabalho desenvolvido obteve relevância científica, tendo sido aprovados dois artigos, um para a conferência Eurosensors2014 e outro para a
International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 2015.
Os resultados do controlo On-Off possuem um ruído superior ao espectável devido à saturação do amplificador de carga. Esta ocorre em consequência das altas frequências de comutação dos interruptores. Quanto ao controlo PID com linearização em malha fechada, este é mais complexo a nível de implementação e tem necessidades difíceis de cumprir. Existe uma real dificuldade em encontrar os parâmetros reais da estrutura, a curva de conversão de tensão para distância e uma correta sintonização dos ganhos. Se existirem desvios na obtenção dos dois primeiros o sistema não funcionará corretamente pois a linearização não será efetiva. Os ganhos proporcionais, integrais e derivativos são árduos de achar pois existe um grande leque de valores que podem fazer com que o seguimento de referências tenha um erro em regime permanente baixo e um overshoot aceitável.
Se comparamos as duas leis implementadas ao longo deste trabalho podemos afirmar que o controlo On-Off é menos complexo e possui uma frequência de atuação maior. No entanto, a eletrónica associada faz com que tenho um ripple de maior amplitude (devido ao ruido e atrasos na malha de realimentação).
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No futuro, uma correta caracterização do sistema, de forma a retirar com precisão todos os parâmetros necessários para um melhor funcionamento da lei de controlo mais complexa, deverá ser realizada. A implementação de controlo adaptativo para micro- atuadores electroestáticos apresenta-se como sendo uma boa solução para evitar um estudo aprofundado do sistema. A título pessoal, seria satisfatório ver o trabalho aplicado a uma utilização necessária no dia-a-dia.
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ANEXO
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LISTA DE PUBLICAÇÕES
Artigos em revistas de circulação internacional com arbitragem científica:
E.E. Moreira, F.S. Alves, R.A. Dias, J. Cabral, J. Gaspar and L.A. Rocha,”Full-Gap Tracking System for Parallel-Plate Electrostatic Microactuators”, Procedia Engineering,2014.
Publicações em atas de encontros científicos:
E.E. Moreira, F.S. Alves, R.A. Dias, M. Costa, H. Fonseca, J. Cabral, J. Gaspar, and L.A. Rocha, ”Bi-Directional Extended Range Parallel Plate Electrostatic Actuator Based on Feedback Linearization” in The 28th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Estoril, Portugal, 2015. (Abstract aceite)