Este trabalho trata da aplicação de controle inteligente a um protótipo didático para controle digital de temperatura de líquidos, cuja finalidade é o uso no processo de ensino/aprendizado dos cursos de graduação do Departamento de Engenharia Elétrica e Computação da Universidade Federal do Pará - DEEC/UFPA. Esse controle é baseado na lógica fuzzy tipo Mamdani, que possibilita o desenvolvimento do controlador; mesmo não dispondo de um modelo matemático meticuloso da planta; no entanto, apoiando-se no conhecimento intuitivo do operador ou em observações semelhantes, que fornecem as variáveis lingüísticas manipuladas no controle fuzzy; a fim de se obter um conjunto de regras de inferência, que produzirão os sinais de controle. Este controlador foi projetado a partir da observação da operação de controladores clássicos, analisando-se como o erro, a variação do erro e a variação dos sinais de controle aconteciam naqueles e modelou-se no controle inteligente os respectivos vetores de pertinência inerentes ao protótipo. Adicionalmente a todo o estudo da técnica, o trabalho também contribui com uma experiência adicional de controle para os laboratórios do DEEC/UFPA; já que havia apenas experimentos baseados em técnicas de controle clássico, complementando o ensino teórico e incentivando o aluno a ter contato com técnicas mais atuais de controle aplicadas à diferentes plantas.

O trabalho foi realizado na seguinte seqüência: estudo de controle e modelagem fuzzy, bases teóricas e aplicações; pesquisa e estudo do sistema de controle de temperatura de líquidos; levantamento do comportamento dinâmico do erro, da variação do erro e da variação do sinal de controle quando operava um controlador clássico Proporcional Integral - PI, para obtenção da forma dos conjuntos fuzzy relacionados com a entrada e a saída a serem utilizados no projeto; estudo de um software para simulação do controlador projetado; pesquisa e estudo de uma linguagem de programação para implementação dos algoritmos de controle e construção da interface com o usuário; testes dinâmicos para ajuste do motor de inferência; implementação do controlador fuzzy PI; testes de desempenho do controlador através de dois tipos de experimentos - o primeiro consiste em observação da resposta do sistema a uma entrada degrau e o segundo é do tipo variação de carga, no qual depois de alcançado o regime, é provocada uma perturbação no sistema por adição de certo volume de líquido em outra temperatura e elaboração de roteiros de experimentos.

O programa, em sua versão final, tornou-se bastante funcional para o usuário, permitindo o uso das estratégias de controle fuzzy. Os resultados dos dois experimentos realizados podem ser considerados satisfatórios, pois o controlador fuzzy mostrou-se eficiente, atendendo às exigências como: boa velocidade de resposta e baixo erro em regime, ficando notório o superior desempenho do controlador inteligente fuzzy sobre um controlador simples do tipo ON-OFF e equiparando-se ao controlador PI, no que concerne aos itens supracitados. Porém no que se refere à dependência de condições iniciais, que nesse caso é a temperatura ambiente, e à imunidade aos ruídos e às perturbações inerentes ao protótipo, o controlador inteligente apresentou comportamento vantajoso em relação ao controle PI. Além disso, adquiriu-se domínio de mais uma técnica aplicada ao Sistema de Controle de Temperatura de Líquidos; o que conseqüentemente também permitiu a geração de mais uma alternativa de aplicação de controle ao protótipo didático, que é de práxis no ensino teórico dos cursos de Engenharia Elétrica e Computação, constituindo-se numa ferramenta adicional de ensino/aprendizado; firmando a busca de independência tecnológica, nos eixos ensino e pesquisa.

O controle implementado no sistema de temperatura de líquidos mostrou-se eficiente ao responder a uma entrada degrau - houve uma subida subamortecida de temperatura até a eliminação do erro em regime; salientando-se que a curva não foi tão suave quanto a que se observa em um controlador do tipo PI, por exemplo; percebendo-se um sobressinal e oscilações maiores no controlador fuzzy. Quanto ao experimento de variação de carga por adição de líquido em outra temperatura, provocando desvio da temperatura atual - o controlador inteligente comportou-se positivamente, produzindo os sinais pertinentemente necessários para estabilizar a temperatura do líquido no patamar anterior à alteração; confirmando ser adequado o ajuste feito no motor de inferência e nas regras definidas no domínio da base de conhecimento da planta; além disso, afirmando a imunidade às perturbações ao comportar-se com baixo erro em regime; logo pode-se afirmar que este controlador fuzzy possui desempenho não inferior a um controlador clássico, tendo a vantagem da não obrigatoriedade de se possuir um modelo matemático preciso que descreva o sistema, pois muitas das vezes a tarefa de se obter um modelo para uma planta não é simplória.

Instituição de fomento: CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO E PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL DE ENGENHARIA ELÉTRICA