Modelação de sistemas hidráulicos para simulação com hardware-in-the-loop

摘要

Um ambiente simulado é a via mais rápida, e de menores custos, para avaliaro desempenho de diferentes estratégias para controlo de sistemas hidráulicos.Neste campo emerge uma nova técnica, denominada simulação comhardware-in-the-loop (HILS), para teste de controladores reais em ambientesvirtuais simulados em tempo real.A presente dissertação propõe uma metodologia para a organização debibliotecas de modelos, um conjunto de modelos híbridos semi-empíricos paracomponentes de sistemas hidráulicos e uma plataforma para a realização deexperiências de simulação com hardware-in-the-loop.A metodologia proposta baseia-se na associação de uma nova linguagem demodelação orientada por objectos, chamada Modelica, para a descrição daestrutura dos modelos, com o formalismo gráfico dos Statecharts para adescrição do seu comportamento híbrido. Tendo em vista a concretização dametodologia, foi desenvolvida uma biblioteca de modelos para aimplementação do formalismo dos Statecharts em Modelica.Entre os modelos para componentes hidráulicos propostos está um conjuntode modelos semi-empíricos para a modelação de válvulas proporcionais deelevado desempenho. Os modelos desenvolvidos usam dados do fabricanteou dados experimentais para ajuste dos parâmetros, de forma a reproduzir ascaracterísticas estáticas (ganho de pressão, caudal de fugas e ganho decaudal) e dinâmicas (resposta em frequência) da válvula.Foi construída uma plataforma para teste do desempenho dos modeloshíbridos desenvolvidos em simulações com hardware-in-the-loop. A plataformaé composta por um manipulador com actuação hidráulica equipado com umconjunto de transdutores, por hardware de tempo real e por um conjunto deferramentas de software para aquisição de dados e controlo. De um conjuntode experiências HILS, realizadas com diferentes núcleos de tempo real, foramobtidos resultados muito promissores para os modelos semi-empíricos propostos.