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| B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica | ||
| PROTÓTIPO DIDÁTICO PARA ENSINO E PESQUISA: SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA | ||
| Eliomar Azevedo do Carmo 1 (eacarmo571@yahoo.com.br), André de Oliveira Ferreira 1, José Augusto Lima Barreiros 1 e Orlando Fonseca Silva 1 | ||
| (1. Departamento de Engenharia Elétrica e Computação - UFPA) | ||
| INTRODUÇÃO:
Este trabalho trata da construção de um protótipo de baixo custo para controle digital de temperatura de líquidos, cuja finalidade é o uso no processo de ensino/aprendizado do curso de graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pará (UFPA). O protótipo consiste de um recipiente cilíndrico de vidro contendo 600ml de água. No interior do recipiente existe um sensor térmico e uma resistência elétrica para aquecer o líquido. Também compõe o protótipo, uma caixa plástica contendo: um circuito de condicionamento do sinal de temperatura vindo do sensor; um circuito de acionamento da resistência elétrica e outro que faz interface do PC com o microcontrolador PIC16F877 que é responsável pela conversão da variável analógica para uma variável digital e interpretação dos sinais de controle provenientes do computador (PC). O trabalho em questão vem preencher uma lacuna existente no Laboratório de Controle e Sistemas (LACOS) da UFPA, pois até então, não existia um protótipo para se realizar experimentos de controle em sistemas térmicos com líquidos. Isso permite que se possa complementar o ensino teórico, incentivando o aluno a ter contato com experiências práticas lidando com diferentes tipos de plantas para controle, uma vez que no LACOS já existem protótipos de naturezas diferentes. |
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| METODOLOGIA:
O trabalho foi realizado na seguinte seqüência: estudo do microcontrolador PIC16F877, seus recursos e programação; pesquisa e estudo de sensores térmicos e escolha do sensor mais adequado para o trabalho, optando-se pelo LM35D; pesquisa e estudo de um circuito para isolar a parte digital de baixa potência da parte de alta potência; estudo de uma linguagem de programação para implementação dos algoritmos de controle e construção da interface com o usuário; montagem do protótipo; testes dinâmicos em malha aberta com o intuito de se verificar o valor da constante de tempo do sistema e do atraso de transporte; estimação dos parâmetros de um modelo discreto do sistema em malha aberta, utilizando o método dos mínimos quadrados recursivo; projeto de um controlador do tipo ON-OFF e de um controlador PID digital, este último pelo método de posicionamento de pólos, considerando o sistema como invariante no tempo; testes de desempenho dos controladores e validação do protótipo através de dois tipos de experimentos. O primeiro consiste em observação da resposta do sistema a uma entrada degrau. O segundo é do tipo variação de carga, no qual, após alcançado o regime, é provocada uma perturbação no sistema por adição de certo volume de líquido em outra temperatura. |
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| RESULTADOS:
O protótipo foi concluído em aproximadamente um ano, tendo um custo muito baixo, cerca de trezentos Reais. A primeira versão do programa desenvolvido foi usada primeiramente para resolver o problema de identificação, através de ensaios em malha aberta à resposta ao degrau, para basear o projeto dos controladores. O programa, em sua versão final, tornou-se bastante funcional para o usuário, permitindo o uso das estratégias de controle, ON-OFF e PID digital. Os resultados de identificação podem ser considerados satisfatórios, pois o modelo encontrado foi capaz de representar a dinâmica do sistema real. Os controladores mostraram-se eficientes, atendendo a exigências como: boa velocidade de resposta e baixo erro em regime, ficando notório o superior desempenho do controlador PID sobre um controlador simples do tipo ON-OFF que diferentemente do controlador PID, não consegue eliminar o erro em regime do sistema. A aquisição de dados foi a parte que mais exigiu cuidados, pois a maioria dos sensores térmicos testados inicialmente, possuía baixo coeficiente de variação de tensão com a temperatura, tornando a medição muito propensa a ruídos. Isto foi resolvido através de um sensor com coeficiente de variação maior, diminuindo a complexidade do circuito de medição devido à minimização da influência de ruídos. |
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| CONCLUSÕES:
Tendo em mente o problema básico de regulação e controle que foi apresentado da seguinte forma: para o sistema térmico descrito, deseja-se que sua temperatura atinja um valor especificado e a mantenha, mesmo que sejam injetadas, no recipiente, quantidades de água com temperatura diferente, pode-se dizer que nessa construção foram alcançados todos os objetivos propostos. Com a realização destas atividades, acredita-se estar contribuindo qualitativamente na formação dos alunos do curso de graduação, pois os autores deste trabalho estão tendo uma formação em Engenharia Elétrica mais consistente, já que além de problemas teóricos de controle (modelagem, identificação, projeto e testes de controladores), tiveram contato com as áreas de instrumentação e programação. Dentre estes e outros motivos pode-se afirmar que o protótipo desenvolvido possui potencialidades para ser utilizado em aulas de disciplinas afins à teoria de controle e identificação de sistemas, por conceder aos alunos a oportunidade de associar à teoria situações práticas. Através do incentivo a práticas deste tipo, contribui-se para o paradigma do ‘aprender fazendo’, que tem demonstrado ser extremamente importante em todas as áreas científicas, notadamente nas engenharias. |
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| Trabalho de Iniciação Científica | ||
| Palavras-chave: Protótipo; Controle; Térmico. | ||
| Anais da 57ª Reunião Anual da SBPC - Fortaleza, CE - Julho/2005 |