Simulação em malha Fechada Adicionada

README.md

@@ -25,12 +25,12 @@ Sistemas possíveis:
 - 1 - [Maglev](/simulacao_maglev/README.md)
 - 2 - [Pêndulo invertido](/simulacao_pendulo_invertido/README.md) 
 - 3 - pêndulo de múltiplos estágios
-- 4 - [Aeropêndulo](/simulacao_modelagem_aeropendulo/README.md)
+- 4 - [Aeropêndulo](/simulacao_modelagem_aeropendulo/aeropendulo_doc.html)
 - 5 - [Motor DC](/simulacao_motor_dc/README.md)
 - 5 - Massa mola (múltiplas massas)
 - 6 - suspensão de veículo
 - 7 - ball beam
 - 8 - ball plate
 - 9 - drone (precisa mais informação)
 - 10 - Motor DC ou Indução
-
+

simulacao_modelagem_aeropendulo/aeropendulo/__init__.py

@@ -0,0 +1,23 @@
+# -----------------------------------------------------
+# Universidade Federal do Pará
+# Campus Universitário de Tucuruí
+# Faculdade de Engenharia Elétrica
+# -----------------------------------------------------
+#
+# Laboratório Virtual Sistemas Dinâmicos e Controle
+# Tema: Simulação Aeropêndulo
+# Autor: Oséias Farias
+# Orientadores: Prof. Dr: Raphael Teixeira,
+#               Prof. Dr: Rafael Bayma
+#
+# Data: 2023
+#  ----------------------------------------------------
+#
+from .graficos_aeropendulo import Graficos                  # noqa: F401
+from .animacao_aeropendulo import AnimacaoAeropendulo       # noqa: F401
+from .interface_interativa import Interface                 # noqa: F401
+from .modelo_mat_aeropendulo import ModeloMatAeropendulo    # noqa: F401
+from .implementacao_controlador import ControladorDiscreto  # noqa: F401
+
+
+__version__ = "0.1.0"

simulacao_modelagem_aeropendulo/aeropendulo/animacao_aeropendulo.py

@@ -0,0 +1,220 @@
+# -----------------------------------------------------
+# Universidade Federal do Pará
+# Campus Universitário de Tucuruí
+# Faculdade de Engenharia Elétrica
+# -----------------------------------------------------
+#
+# Laboratório Virtual Sistemas Dinâmicos e Controle
+# Tema: Simulação Aeropêndulo
+# Autor: Oséias Farias
+# Orientadores: Prof. Dr: Raphael Teixeira,
+#               Prof. Dr: Rafael Bayma
+#
+# Data: 2023
+#  ----------------------------------------------------
+#
+import vpython as vp
+
+
+class AnimacaoAeropendulo:
+    """
+    Classe que implementa a aminação do Aeropêndulo.
+
+    Atributo:
+        comprimento_braco: tamanho do braço do Aeropêndulo.
+    """
+    def __init__(self, comprimento_braco=4.4) -> None:
+        # Parâmetros do Aeropêndulo
+        self.comprimento_braco = comprimento_braco
+        self.scene = vp.canvas(title="<center><h1>Aeropêndulo</h1><center/>",
+                               width=650,
+                               height=580, align="left", autoscale=0, range=5,
+                               center=vp.vec(0, 3, 0),
+                               background=vp.vector(1.7, 0.7, 0.9),
+                               color=vp.vec(1, 0.6, 0.6),
+                               forward=vp.vec(-0.3, 0, -1))
+        self.scene.range = 6
+        # chamando a função para criar a aminação gráfica do Aeropêndulo.
+        self.aeropendulo = self.__aminacao()
+        self.__helice()
+
+    def __aminacao(self) -> vp.compound:
+        """
+        Classe que implementa o Aeropêndulo.
+
+        Args:
+            comprimento_braco: tamanho do braço do Aeropêndulo.
+        Returns:
+            Retorna um objeto (vpython) que contêm a estrutura do Aeropêndulo.
+        """
+        self.base = vp.box(pos=vp.vec(0, -0.85, 0), size=vp.vec(30, 0.2, 15),
+                           texture=vp.textures.wood)
+        self.parede = vp.box(pos=vp.vec(0, 7.1, -7.55),
+                             size=vp.vec(30, 16, 0.2),
+                             color=vp.vec(0.1, 0.1, 0.1), shininess=0.01)
+        self.sitio = vp.text(pos=vp.vec(0, 8.1, -7.45),
+                             text="AEROPÊNDULO", color=vp.vec(1, 0.6, 0.6),
+                             align='center', depth=0)
+
+        self.__desenhar_pendulo()
+
+        # Eixo de sustentação.
+        self.eixo = vp.cylinder(pos=vp.vec(0, 5.2, 0.3), radius=0.09,
+                                axis=vp.vec(0, 0, -2),
+                                color=vp.vec(0.7, 0.4, 0.1))
+
+        # Estrutura de sustentação do aeropêndulo.
+        self.b1 = vp.box(pos=vp.vec(0, 1.7, -2), size=vp.vec(3, 8, 0.6),
+                         color=vp.vec(0.8, 0.8, 0.8))
+
+        self.b2 = vp.box(pos=vp.vec(0, -0.6, -1.5), size=vp.vec(4.5, 0.4, 2.5),
+                         color=vp.vec(0.8, 0.8, 0.8))
+
+        self.logo = vp.box(pos=vp.vec(0, 2.5, -1.799),
+                           texture="https://i.imgur.com/D2xnkpF.png",
+                           size=vp.vec(2, 2, 0.2))
+
+        self.ufpa = vp.text(pos=vp.vec(0, 3.7, -1.7), text="UFPA",
+                            color=vp.vec(1, 0.6, 0.6), height=0.5,
+                            align='center', depth=0)
+
+        return self.pendulo
+
+    def __helice(self) -> None:
+        self.helice = vp.box(pos=vp.vec(0.8, 0.6, 0),
+                             size=vp.vec(0.05, 0.2, 2),
+                             color=vp.vec(1, 1, 0))
+
+        self.helice1 = vp.box(pos=vp.vec(0.8, 0.6, 0),
+                              size=vp.vec(0.05, 0.2, 2),
+                              color=vp.vec(1, 1, 0))
+        self.helice1.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice1.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice1.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0),
+                            angle=vp.pi/4)
+
+        self.helice2 = vp.box(pos=vp.vec(0.8, 0.6, 0),
+                              size=vp.vec(0.05, 0.2, 2),
+                              color=vp.vec(1, 1, 0))
+        self.helice2.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice2.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice2.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0),
+                            angle=vp.pi/2)
+
+        self.helice3 = vp.box(pos=vp.vec(0.8, 0.6, 0),
+                              size=vp.vec(0.05, 0.2, 2),
+                              color=vp.vec(1, 1, 0))
+        self.helice3.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice3.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice3.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0),
+                            angle=3*vp.pi/4.)
+        self.helice1.visible = False
+        self.helice2.visible = False
+        self.helice3.visible = False
+
+    def pause_giro(self) -> None:
+        self.helice1.visible = True
+        self.helice2.visible = True
+        self.helice3.visible = True
+
+    def girar_helice(self) -> None:
+        self.helice1.visible = False
+        self.helice2.visible = False
+        self.helice3.visible = False
+
+    def set_posicao_helice(self, angle):
+        self.helice.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                           angle=angle,
+                           origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice1.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice1.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice2.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice2.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice3.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice3.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+    def update_helice(self, angle, ts) -> None:
+
+        self.helice.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice1.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice2.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice3.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice1.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice1.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice2.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice2.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+        self.helice3.axis = self.pendulo.axis
+        self.helice3.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                           angle=angle*ts,
+                           origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice1.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle*ts,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice1.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice2.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle*ts,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice2.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        self.helice3.rotate(axis=vp.vec(0, 0, 1),
+                            angle=angle*ts,
+                            origin=vp.vec(0, 5.2, 0))
+        self.helice3.size = vp.vec(0.05, 0.2, 2)
+
+        # obs tentando ajustar o diro das hélices apenas para um lado ....
+        # if x[1] + interface.valor_angle < np.pi/2:
+        #     ag = 0.3
+        # else:
+        #     ag = -0.8
+
+        self.helice.rotate(axis=vp.vec(1, 0,  0), angle=0.09)
+        self.helice1.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0), angle=0.09)
+        self.helice2.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0), angle=0.09)
+        self.helice3.rotate(axis=vp.vec(1, 0, 0), angle=0.09)
+
+    def __desenhar_pendulo(self) -> None:
+        # Braço do Aeropêndulo.
+        self.barra = vp.box(pos=vp.vec(0, -1.4, 0),
+                            size=vp.vec(0.2, self.comprimento_braco, 0.2),
+                            color=vp.vec(0.5, 0.5, 0.95))
+
+        # Base que acopla o motor ao braço.
+        self.base_motor = vp.cylinder(pos=vp.vec(-0.2, -4, 0), radius=0.4,
+                                      axis=vp.vec(0.4, 0, 0),
+                                      color=vp.vec(0.5, 0.5, 0.95))
+        # Armadura do motor.
+        self.base2_motor = vp.box(pos=vp.vec(0.4, -4, 0),
+                                  size=vp.vec(0.4, 0.4, 0.4),
+                                  color=vp.vec(1, 1, 0))
+
+        # Eixo que da hélice do motor
+        self.base_helice = vp.cylinder(pos=vp.vec(0.4, -4, 0), radius=0.05,
+                                       axis=vp.vec(0.4, 0, 0),
+                                       color=vp.vec(0.5, 0.5, 0.8))
+
+        # Motor completo.
+        self.motor = vp.compound([self.base_motor,
+                                  self.base2_motor,
+                                  self.base_helice])
+
+        # Aeropêndulo
+        self.pendulo = vp.compound([self.barra, self.motor])
+        self.pendulo.pos = vp.vec(0.31, 2.7, 0)

simulacao_modelagem_aeropendulo/aeropendulo/graficos_aeropendulo.py

@@ -0,0 +1,59 @@
+# -----------------------------------------------------
+# Universidade Federal do Pará
+# Campus Universitário de Tucuruí
+# Faculdade de Engenharia Elétrica
+# -----------------------------------------------------
+#
+# Laboratório Virtual Sistemas Dinâmicos e Controle
+# Tema: Simulação Aeropêndulo
+# Autor: Oséias Farias
+# Orientadores: Prof. Dr: Raphael Teixeira,
+#               Prof. Dr: Rafael Bayma
+#
+# Data: 2023
+#  ----------------------------------------------------
+#
+import vpython as vp
+from typing import Tuple
+
+
+class Graficos:
+    """
+    Gráfico para polagem dos dados dos estados do Aeroèndulo.
+    """
+    def __init__(self, largura=650, altura=400):
+        self.width = largura
+        self.height = altura
+
+    def graficos(self) -> Tuple:
+        """
+        Método que cria os Gráfico.
+
+        Returns:
+            Retorna uma tupla contendo o objeto do gráfico e da curvas.
+        """
+        titulo = "Gráficos dos estados do Aeropêndulo"
+        self.grafico = vp.graph(title=titulo, align="right",
+                                xtitle='tempo (s)', fast=True,
+                                width=self.width, height=self.height,
+                                center=vp.vector(0, 12, 0), scroll=True,
+                                xmin=0, xmax=14, ymin=-0.5, ymax=6, dot=True,
+                                background=vp.vector(0.95, 0.95, 0.95))
+
+        self.curva1 = vp.gcurve(color=vp.color.blue, width=3,
+                                markers=False, label="Posição Angular (rad)",
+                                dot=True, dot_color=vp.color.blue)
+
+        self.curva2 = vp.gcurve(color=vp.color.black, width=3, markers=False,
+                                label="Referência Angular(rad)", dot=True,
+                                dot_color=vp.color.black)
+
+        self.curva3 = vp.gcurve(color=vp.color.red, width=3, markers=False,
+                                label="Velocidade Angular (rad/s)", dot=True,
+                                dot_color=vp.color.red)
+
+        self.curva4 = vp.gcurve(color=vp.color.orange, width=3, markers=False,
+                                label="Sinal de Controle (V)", dot=True,
+                                dot_color=vp.color.orange)
+
+        return self.grafico, self.curva1, self.curva2, self.curva3, self.curva4

simulacao_modelagem_aeropendulo/aeropendulo/implementacao_controlador.py

@@ -0,0 +1,48 @@
+# -----------------------------------------------------
+# Universidade Federal do Pará
+# Campus Universitário de Tucuruí
+# Faculdade de Engenharia Elétrica
+# -----------------------------------------------------
+#
+# Laboratório Virtual Sistemas Dinâmicos e Controle
+# Tema: Simulação Aeropêndulo
+# Autor: Oséias Farias
+# Orientadores: Prof. Dr: Raphael Teixeira,
+#               Prof. Dr: Rafael Bayma
+#
+# Data: 2023
+#  ----------------------------------------------------
+#
+
+class ControladorDiscreto:
+    def __init__(self, referencia=1, T=0.0625):
+        self.uk = 0
+        self.uk1 = 0
+        self.ek = 0
+        self.ek1 = 0
+        self.yout = 0
+        self.k = 0
+        self.r = referencia
+        self.T = T
+
+    # Pega o sinal do sensor
+    def set_sensor(self, yout):
+        self.yout = yout
+
+    # disponibiliza o sinal de controle
+    def get_u(self):
+        return self.uk
+
+    # Calcula o sinal de controle Proporcional Integral
+    def control_pi(self):
+        self.ek = self.r - self.yout
+        self.uk = self.uk1 + 0.2165 * self.ek - 0.2087 * self.ek1
+        self.ek1 = self.ek
+        self.uk1 = self.uk
+        self.k = self.k + 1
+
+        # Calcula o sinal de controle Proporcional
+    def controle_proporcional(self, kp=1.0):
+        self.ek = self.r - self.yout
+        self.KP = kp
+        self.uk = self.KP * self.ek