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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Controle PID baseado no método Ziegler-Nichols para sincronização de motores em plataforma robótica diferencial
Título(s) alternativo(s): PID control based on the Ziegler-Nichols method for synchronizing motors on a differential robotic platform
Autor(es): Uchoa, Icaro Matheus Fonseca
Primeiro Orientador: Nascimento, José Fábio de Lima
metadata.dc.contributor.referee1: Frutuoso, Adriano Bruno dos Santos
metadata.dc.contributor.referee2: Santos, Renan Cavalcante
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um sistema do controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) baseado no método de Ziegler-Nichols para sincronização de motores em uma plataforma robótica diferencial de baixo custo. O projeto aborda desde a identificação experimental da planta dos motores até a implementação de navegação autônoma utilizando o Robot Operating System (ROS). Inicialmente, foi realizada a caracterização dinâmica dos motores de corrente contínua (DC) para obtenção dos parâmetros fundamentais (ganho estático, constante de tempo e tempo morto), permitindo a modelagem como sistemas de primeira ordem. A partir destes parâmetros, foi implementado o controlador PID com sintonia baseada no método de Ziegler-Nichols, seguido de um processo de refinamento experimental para a melhoria da resposta dinâmica. O sistema de controle foi integrado a uma estrutura completa de navegação autônoma utilizando ROS, incluindo odometria baseada em encoder, mapeamento com Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) e navegação . A análise dos resultados incluiu estudos de desempenho temporal e espectral, demonstrando que a sincronização adequada dos motores é fundamental para a precisão na navegação. Os testes experimentais validaram a eficácia da abordagem, mostrando que a plataforma desenvolvida, com custo aproximado de R$ 1.500,00, alcança desempenho comparável a soluções comerciais mais caras em aplicações educacionais. A integração bem-sucedida entre controle de baixo nível e algoritmos de alto nível demonstra a viabilidade da criação de plataformas robóticas acessíveis para ensino e pesquisa em robótica móvel.
Abstract: This work presents the development and implementation of a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller system based on the Ziegler-Nichols method for motor synchronization in a low-cost differential robotic platform. The project covers everything from the experimental identification of the motor plant to the implementation of autonomous navigation using the Robot Operating System (ROS). Initially, a dynamic characterization of the direct current (DC) motors was carried out to obtain fundamental parameters (static gain, time constant, and dead time), allowing modeling as first-order systems. Based on these parameters, a PID controller was implemented with tuning based on the Ziegler-Nichols method, followed by an experimental refinement process to improve dynamic response. The control system was integrated into a complete autonomous navigation structure using ROS, including encoder-based odometry, mapping with Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), and navigation. The analysis of the results included both time-domain and spectral performance studies, demonstrating that proper motor synchronization is essential for accurate navigation. Experimental tests validated the effectiveness of the approach, showing that the developed platform, with an approximate cost of R$ 1,500.00, achieves performance comparable to more expensive commercial solutions in educational applications. The successful integration between low-level control and high-level algorithms demonstrates the feasibility of creating affordable robotic platforms for education and research in mobile robotics
Palavras-chave: Controle PID
Método Ziegler-Nichols
Robôs Móveis Diferenciais
Robot Operating System (ROS)
Navegação Autônoma
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
Idioma: por
País: Brasil
Sigla da Instituição: Instituto Federal do Amazonas
IFAM
Engenharia de Controle e Automação
Instituto Federal do Amazonas
IFAM
Engenharia de Controle e Automação
Instituto Federal do Amazonas
IFAM
Engenharia de Controle e Automação
metadata.dc.publisher.department: Campus Manaus Distrito
Citação: Uchoa, Icaro Matheus Fonseca. Controle PID baseado no método Ziegler-Nichols para sincronização de motores em plataforma robótica diferencial. 2025. 70f. Monografia (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas. Campus Manaus Distrito Industrial. Manaus, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://repositorio.ifam.edu.br/jspui/handle/4321/1837
Data do documento: 14-Mai-2025
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