62ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS APLICADO EM VÁRIAS PLANTAS DIDÁTICAS REAIS COM DINÂMICAS DISTINTAS

Aline Gonçalves Dias 1 Tárcio Devid Quadros da Costa 1 Wellington Vieira da Costa 1 Elionilce Chaves Maia 1 Orlando Fonseca Silva 2

1. Instituto de Tecnologia (ITEC), Faculdade de Engenharia Elétrica - UFPA 2. Prof. Dr./Orientador - ITEC, Faculdade de Engenharia Elétrica - UFPA

INTRODUÇÃO:

Compreende-se a fundamental importância para a formação dos alunos, de quaisquer áreas, aplicarem na prática os conhecimentos teóricos adquiridos nas disciplinas de graduação. Pesquisas voltadas para a maior absorção do conhecimento são importantes para a inexistência de lacunas no aprendizado. Nesse intento, para aquilatar a metodologia de ensino e aprendizagem utilizada nas disciplinas de sistemas de controle, buscando que as mesmas não se restrinjam aos preceitos expostos em sala de aula, realizou-se a identificação e o controle de plantas reais através de um protótipo denominado Sistema de Aquisição de Dados (SAD). Esse sistema possibilita não apenas a aquisição de dados e o controle, mas também a interação do usuário. Os modelos de plantas escolhidas apresentam comportamentos distintos com características bem peculiares, aumentando assim o alcance da pesquisa. Tendo em vista esse propósito, o principal objetivo deste estudo é aplicar e testar o funcionamento do SAD em plantas distintas e acoplar teoria e prática direcionando-as na resolução de problemas palpáveis, influindo assim no interesse do educando e na disposição do educador em explorar formas alternativas de ensino.

METODOLOGIA:

O SAD é um protótipo didático constituído de duas entradas e uma saída, além de uma porta serial, que, juntos, possibilitam o tráfego de sinais e a comunicação entre um computador e um processo físico real. O software LABVIEW foi utilizado juntamente com o protótipo para fazer a interação do processo com o usuário, permitindo o armazenamento de dados. De posse dos sinais referentes ao processo, utilizou-se o software MATLAB para observar as características do sistema e efetuar os cálculos de projeto de um controlador para o mesmo. Para testar a aplicabilidade do SAD foram utilizadas três plantas: Uma unidade eletromecânica da feedback que possui um motor DC caracterizado como um sistema de 1º ordem; um sistema analógico de 2º ordem formado basicamente por resistores, capacitores e amplificadores operacionais, e, por fim, um protótipo didático denominado de Sistema Térmico, que consiste em um sistema de 1º ordem, com atraso de tempo, que permite a elevação de temperatura de uma placa metálica possuindo também algumas não linearidades. Essas três plantas foram interligadas ao SAD, individualmente, onde foi realizado a identificação e o controle em tempo real dos sistemas, sendo a validação dos modelos das plantas e dos controladores realizadas com auxílio de simulações no MATLAB.

RESULTADOS:

No processo de identificação do Motor DC obteve-se uma constante de tempo de 0,78, um ganho (K) de 0,475, um tempo de assentamento Ts≤3,12s e um tempo de subida Tr≤1,716s. E, em malha fechada, projetou-se um controlador Proporcional Integral (PI) com ganho proporcional (Kp) de 2,046 e ganho integral (Ki) de 3,44, com Ts≤1,9s e Tr≤1,25s obedecendo os valores requeridos no projeto. Foi realizado o mesmo procedimento com o sistema de 2ª ordem que em malha aberta apresentou K=0,963, coeficiente de amortecimento de 0,483, freqüência natural de 0,94rad/s com Ts=9,93s e overshoot (Mp) de 17,7%. Foi projetado um controlador PI que apresentou Kp=0,707 e Ki=0,407, melhorando o Ts para 8,45s e o Mp para 2,76%. Para finalizar a aplicação do SAD, foi identificado um Sistema Térmico que apresenta uma zona morta de 1,2V, uma saturação que varia de 0V a 5V (0V equivale a 25ºC e 5V equivale a 80ºC) e um atraso de transporte de 6s. Como o SAD apresenta um atraso inerente de 4s então, quando a identificação da função de transferência da planta é finalizada ela apresenta 10s de atraso, sendo 4s do SAD e 6s do Sistema Térmico. Para o Sistema Térmico também foi projetado um controlador PI que apresentou Kp=0,75 e Ki=0,01 melhorando o Ts de aproximadamente 2300s para 350s com Mp menor que 10%.

CONCLUSÃO:

No processo de identificação verificou-se que as plantas utilizadas durante o experimento apresentavam comportamentos diferenciados o que era de fundamental importância para testar o comportamento do SAD em situações diversas. Após a incorporação dos controladores verificou-se que os sistemas em malha fechada responderam de maneira satisfatória, sendo os projetos e validação dos controladores realizados no MATLAB. A oportunidade de trabalhar tanto com o MATLAB (simulações) quanto com o LABVIEW (interface de comunicação com usuário) contribuiu significativamente para a formação acadêmica e o crescimento profissional dos envolvidos com o trabalho na área de sistemas de controle. Tendo em vista também a necessidade de complementar os conhecimentos dos alunos do curso de Engenharia Elétrica, oportunizou-se a utilização de tal equipamento, para ser explorado em ensino e pesquisa, nas áreas de identificação de sistemas, de análise e de projeto de sistemas de controle. E após esse estudo e dos vários testes de identificação e controle realizados com o SAD, observou-se que o mesmo apresenta uma ampla aplicabilidade no ramo acadêmico, sendo seu desempenho considerado aceitável, com uma perfeita funcionalidade e grande aceitação entre os discentes e, principalmente, entre os docentes.

Instituição de Fomento: Programa de Educação Tutorial de Engenharia Elétrica (PET) - UFPA

Palavras-chave: Sistema Aquisição de Dados, Identificação e controle, Dinâmicas distintas.