Desenvolvimento de um controlador de potência configurável para aeromodelos: restrição dinâmica da potência por controle do esc

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Almeida, Mestre Virgil Del Duca

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Abstract

This work presents the development of a configurable power controller intended for brushless motors, with the objective of automatically limiting the power consumed by the system, ensuring operational stability and compliance with defined restrictions. The method adopted consists of the continuous reading of the voltage and current supplied to the motor, instantaneous calculation of the consumed power, and action on the PWM signal sent to the ESC through a PID control algorithm. The hardware was developed using an STM32 microcontroller and measurement sensors, while the parameterization software, implemented in Python, enables the user to configure parameters, view real-time telemetry, and generate graphs that assist in the analysis of the tests. Communication between hardware and software occurs via USB serial using a verification protocol, ensuring reliability in data transmission and in the application of configurations. Practical tests were conducted with high-torque and low-torque motors, evaluating the controller’s performance at different power setpoints. The results demonstrate that the system is capable of effectively limiting power, keeping it close to the reference values with reduced deviations and stable behavior over time. Comparisons between the tests highlight the controller’s ability to handle different motor characteristics, preserving control integrity and reducing abrupt power overshoots. The accuracy of the measurements and the control algorithm was verified using external instruments, showing small and acceptable error margins within the application context. As a final consideration, the controller demonstrated technical feasibility and potential for use in scenarios where power limitation is essential, in addition to presenting opportunities for further development. Among the future perspectives, the implementation of new functions in the software that enable integration with third-party tools is highlighted.


Resumo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controlador de potência configurável destinado a motores brushless, com o objetivo de limitar a potência consumida pelo mesmo de forma automática, garantindo estabilidade operacional e conformidade com restrições definidas. O método adotado consiste na leitura contínua da tensão e da corrente fornecidas ao motor, cálculo instantâneo da potência consumida e atuação sobre o sinal PWM enviado ao ESC por meio de um algoritmo de controle PID. O hardware foi desenvolvido com um microcontrolador STM32 e sensores de medição, enquanto o software de parametrização, implementado em Python, possibilita ao usuário configurar parâmetros, visualizar telemetria em tempo real e gerar gráficos que auxiliam na análise dos ensaios. A comunicação entre hardware e software ocorre via USB serial utilizando um protocolo de verificação, assegurando confiabilidade na transmissão de dados e na aplicação das configurações. Testes práticos foram conduzidos com motores de alto e baixo torque, avaliando o desempenho do controlador em diferentes setpoints de potência. Os resultados demonstram que o sistema é capaz de limitar a potência de forma eficaz, mantendo-a próxima aos valores de referência com desvios reduzidos e comportamento estável ao longo do tempo. As comparações entre os ensaios evidenciam a capacidade do controlador em lidar com características distintas de motores, preservando a integridade do controle e reduzindo ultrapassagens abruptas de potência. A precisão das medições e do algoritmo de controle foi verificada com instrumentos externos, apresentando margens de erro pequenas e aceitáveis dentro do contexto de aplicação. Como considerações finais, o controlador demonstrou viabilidade técnica e potencial de aplicação em cenários onde a limitação de potência é essencial, além de apresentar oportunidades de evolução. Entre as perspectivas futuras destacam-se a implementação de novas funções no software que possibilitem integração com outros softwares de terceiros.

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https://hdl.handle.net/20.500.14387/2934

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