1. O documento compara os microcontroladores Arduino Mega e Arduino Due aplicados no controle de robôs de futebol. 2. O Arduino Due executou os códigos de controle, incluindo PI, PI-RLS e RMRAC, em menos tempo do que o Arduino Mega. 3. Controladores adaptativos como o RMRAC requerem grande capacidade de processamento, sendo o Arduino Due mais adequado para o futuro dos robôs.

2. UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE
MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X
ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER
ROBOTS
Jusoan Mór, Everson Siqueira, Cristiano Steffens, Paulo
Evald, Vinícius de Oliveira, Silvia Botelho, Rodrigo Azzolin
Universidade Federal do Rio Grande – FURG
Centro de Ciências Computacionais – C3

3. O Futebol de Robôs
3

4. Método de Controle
4

5. Estrutura Física dos Robôs
• Quatro motores
brushless CC
5

6. Objetivo
• Comparar a Arquitetura dos
Microcontroladores Arduino MEGA x Arduino
DUE
• Observar o Desempenho dos
Microcontroladores Processando os
Controladores PI, PI-RLS e RMAC, Utilizados
nos Robôs
6

7. Modelagem da Planta
7

8. Modelagem da Planta
8
• Parâmetros elétricos:
VR = Tensão de entrada
Ra = Resistência de armadura
ia = Corrente de armadura
La = Indutância de armadura
Vb = Tensão contra
eletromotriz
Kb = Constante de velocidade
⍵ = Velocidade angular

9. Modelagem da Planta
9
• Parâmetros mecânicos:
Tg = Torque gerado
Km = Coeficiente de torque
Tt = Torque total
Td = Torque de distúrbio
J = Constante de inércia
b = Coeficiente de atrito
mecânico

10. Modelagem da Planta
10

11. Modelagem da Planta
• Aplicando lei de Kirchhoff na malha do motor
• Encontra-se a relação entre o sistema elétrico e o mecânico
• Para descobrir a relação de corrente de armadura e
velocidade angular do motor
11

12. Modelagem da Planta
• Então é estabelecida a associação entre
tensão na armadura com velocidade angular
• Por fim aplica-se a transformada de Laplace
12

13. Modelagem da Planta
• Substituindo os parâmetros
13

14. Controlador Proporcional Integral - PI
• Controlador clássico e largamente utilizado
• Velocidade do motor é medida e comparada
com a velocidade da referência, gerando um
erro
• Ganhos: Kp = 12 Ki = 250
14

15. Controlador Proporcional Integral - PI
15

16. Algoritmo RLS
• Algoritmo Recursivo dos Mínimos
Quadráticos - RLS
• Permite obter a identificação de sistemas de
qualquer ordem
• Quanto maior a ordem do sistema, maior é o
custo computacional
16

17. Equações do RLS
17

18. Equações do RLS
18

19. Equações do RLS
19

20. Controlador PI-RLS
20

21. Controlador RMRAC
• Controlador Adaptativo Robusto por Modelo
de Referência
• Possui modelo de referência com o mesmo
grau da planta desejada
–Define resposta desejada para a saída da planta
• Erro e1 utilizado pelo algoritmo para ajustar
os parâmetros do controlador
21

22. Controlador RMRAC
• Modelo de referência: ⍵n = 50 ξ = 0,7
• Planta completa
–Parte modelada
22

23. Controlador RMRAC
• Ganhos adaptativos
• Erro e1
• Lei de controle
• Algoritmo de adaptação
23

24. Controlador RMRAC
• Parâmetros iniciais:
24

25. Controlador RMRAC
25

26. Arduino MEGA
26
Microcontrolador ATmega2560
Tensão de Operação 5V
Pinos Digitais de Entrada e Saída 54 (dos quais 15 fornecem Saida
PWM)
Entrada de Pinos Analógicos 16
Corrente por Pino de Entrada e
Saída
40mA
Corrente por pino de 3.3V pin 50mA
Memória Flash 256Kb dos quais 8 KB são usados
por bootloader
SRAM 8KB
EEPROM 4KB
Velocidade de Clock 16MHz

27. Arduino DUE
27
Microcontrolador AT91SAM3X8E
Tensão de Operação 3.3V
Pinos Digitais de Entrada e Saida 54 (dos quais 12 fornecem Saida
PWM)
Entrada de Pinos Analógicos 12
Corrente por Pino de Entrada e
Saida
800mA
Corrente por pino de 3.3V pin 800mA
Memória Flash 512Kb
SRAM 96KB
EEPROM Não possui
Velocidade de Clock 84 MHz

28. Resultados
• Aquisição de dados via Osciloscópio
• Tempo de Interrupção 1ms
–MEGA:msTimer2.h; DUE: dueTimer.h
• Flag de contagem
28

29. Processamento do Controle PI
DUE
MEGA
29

30. Processamento do Controle PI-RLS
DUE
MEGA
30

31. Processamento do Controle RMRAC
DUE
MEGA
31

32. Conclusão
•Controladores Adaptativos Exigem Alto Poder
de Processamento
•Arduino DUE Consegue Executar em um Tempo
Menor os Códigos de Controle se Comparado ao
Arduino MEGA
•O Controlador RMRAC Necessita de Muita
Capacidade de Processamento para sua Execução
•Alteração do Microcontrolador é Fundamental
para o Futuro dos Robôs
32

33. Referências
• Robocup. (2015, Maio) RoboCup Brasil - Site
Oficial. [Online]. Disponível:
http://www.robocup.org.br
• Furgobol. (2015, Maio) Furgbol - Small Size
Team - Robocup, Desenvolvido pelo Centro
de Ciências Computacionais - C3. [Online].
Disponível: http://www.furgbol.c3.furg.br
33

34. Referências
• A. Simpkins and E. Todorov, “Position
Estimation and Control of Compact BLDC
Motors Based on Analog Linear Hall Effect
Sensors”, 2010 American Control Conference
Marriot Waterfront, Baltimore, MD, USA
June-30-July 02, 2010.
• R. Siegwart, I.R. Nourbakhsh, “Introduction
Autonomous Mobile Robots”, The MIT Press
(2004). P.97, 2004.
34

35. Referências
•F.-J. Lin. "Robust speed-controlled induction-
motor drive using EKF and RLS estimators".
Electric Power Applications, IEEE Proceedings -
Vol.143, Issue: 3. 2002.
•J. Bernat and S. Stepien. "Application of
optimal current driver for the torque control
of BLDC motor". Archives of Electrical
Engineering vol. 60(2), pp. 149-158 (2011).
35

36. Referências
• P. A. Ioannou and K. S.Tsakalis, "A robust
direct adaptive controller". IEEE Transactions
on Automatic Control, AC-31, no. 11.
Pg.1033-1043, nov. 1986.
• Arduino. (2015, Maio) Site oficial ©2015
Arduino. [Online]. Disponível:
http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoa
rdDue.
36

37. Referências
• J. L. Mór, E. B. Siqueira, V. M. de Oliveira e R.
Z. Azzolin, "Controle de Velocidade de Motor
BLDC Utilizando RMRAC". 8° Seminário de
Eletrônica de Potência e Controle - Sepoc,
Universidade Federal de Santa Maria, Rio
Grande do Sul, Brasil, 2014.
37

38. UMA ABORDAGEM COMPARATIVA ENTRE
MICROCONTROLADORES: ARDUINO MEGA X
ARDUINO DUE APLICADOS NO CONTROLE DE SOCCER
ROBOTS
Jusoan Mór, Everson Siqueira, Cristiano Steffens, Paulo
Evald, Vinícius de Oliveira, Silvia Botelho, Rodrigo Azzolin
Universidade Federal do Rio Grande – FURG
Centro de Ciências Computacionais – C3