62ª Reunião Anual da SBPC
B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica
CONSTRUÇÃO, IDENTIFICAÇÃO E TESTE DE UM PROTÓTIPO DIDÁTICO DENOMINADO DE SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS
Elionilce Chaves Maia 1
Tárcio Devid Quadros da Costa 1
Aline Gonçalves Dias 1
Paulo Sergio Nascimento Filho 1
Orlando Fonseca Silva 2
1. Instituto de Tecnologia, Faculdade de Engenharia Elétrica - UFPA
2. Prof. Dr./Orientador - Instituto de Tecnologia - UFPA
INTRODUÇÃO:

O uso de protótipos didáticos no ensino e pesquisa de sistemas de controle é importante tanto para motivar alunos e professores como para não limitar o ensino e o aprendizado a aulas exclusivamente teóricas. Neste contexto, em busca de um equilíbrio entre teoria e prática no processo ensino aprendizagem em disciplinas de controle e automação, procurou-se desenvolver um equipamento que funcionasse como interface para a realização de experimentos e confrontação de aspectos práticos com teóricos. Assim, o Sistema de Aquisição de Dados (SAD) foi concebido com o objetivo de permitir ao usuário trabalhar com um equipamento que proporcionasse um processo de aquisição de dados, comunicação com o usuário e geração de sinais de referência e ações de controle. Proporcionando um meio de identificar o modelo de uma planta e controlá-la, a princípio com qualquer estratégia de controle, oferecendo aos alunos a oportunidade de consolidar seus conhecimentos no estudo de sistemas de controle incentivando o ensino e a pesquisa nessa área. Com isso, esse equipamento é uma ferramenta que auxilia o ensino e pesquisa nas aulas das disciplinas de sistemas de controle além de apresentar baixo custo de desenvolvimento.

METODOLOGIA:

O SAD teve seu hardware construído dentro de uma caixa de plástico e sua conexão com o computador pessoal (PC) é feita através da porta de comunicação serial RS232. O sistema apresenta duas entradas, denominados "IN1" e "IN2" que fazem a leitura de sinais analógicos provenientes da planta e uma saída "OUT1" analógica que envia sinais para a planta com a qual se deseja fazer o experimento. A alimentação do sistema e feita por uma fonte de tensão contínua de +5, -15 e +15 volts. O SAD é constituído por uma interface de comunicação serial com o (MAX232), dois circuitos condicionadores de sinais analógicos de entrada, um circuito condicionador de sinais analógicos de saída, um Conversor Digital Analógico (D/A) e um microcontrolador dsPIC30f3014. O sistema recebe sinais analógicos pelo circuito condicionador de entrada "IN1" ou "IN2" que são condicionados e enviados ao dsPIC que através de seu Conversor Analógico Digital interno converte os sinais recebidos em sinais digitais, e dependendo do comando recebido do PC, através da interface de comunicação serial, o dsPIC processa e envia o sinal de controle requerido para o Conversor D/A o qual converte os sinais digitais em analógicos e envia para o condicionador de saída, que por sua vez encaminha esses sinais tratados para a planta.

RESULTADOS:

Para testar o funcionamento e interface (construída em LABVIEW) do SAD, este foi aplicado em um Módulo Analógico de 1º ordem, em que, primeiramente foi realizada a identificação do próprio SAD interligando a saída do sistema em sua própria entrada e utilizando o período de amostragem de 0,05s. Na identificação verificou-se que o filtro passa-baixa de 1° ordem analógico presente no SAD apresenta um ganho de 0,996 e uma constante de tempo de 0,076s, e ainda, que o SAD introduz um atraso de transporte igual a 4 períodos de amostragem. Para efeito de teste do algoritmo de controle implementado no SAD em LABVIEW, utilizando a ferramenta RLTOOL do software MATLAB, foram projetados dois controladores: Proporcional com ganho 1 e Proporcional Integral (PI) com ganho proporcional (Kp) 0,069 e ganho integral  (Ki) de 2,612. Em um segundo momento, utilizando o mesmo período de amostragem, o SAD foi aplicado em uma planta de 1º ordem que foi identificada e apresenta um ganho de 1 e uma constante de tempo de 1,2s. Para esse sistema foi projetado um controlador PI com Kp equivalente a 1,002 e Ki de 1,102. Com a aplicação do controlador, o sistema apresentou erro de regime permanente nulo com um tempo de assentamento de 2,3s, sendo que em malha aberta o sistema demorava 4,8s para assentar.

CONCLUSÃO:

O equipamento apresenta um processo construtivo relativamente simples sendo composto por circuitos bastante conhecidos na área de eletrônica, alternativa que se tornou viável tanto no âmbito de conhecimento quanto no âmbito de custo durante o processo de construção. A oportunidade de trabalhar com o ambiente de programação em LABVIEW certamente contribuiu para a formação acadêmica profissional dos envolvidos com o trabalho. A interface de comunicação amigável, bem estruturada e de fácil manuseio que o programa proporciona foram fatores preponderantes para sua escolha, pois como o SAD foi desenvolvido para ser utilizado nas aulas da disciplina "Laboratório de Sistemas de Controle", esse deveria apresentar facilidade para os alunos durante seu uso. Como a intenção dos ensaios de malha aberta e malha fechada era testar os algoritmos implementados no Sistema de Aquisição de Dados, verificando se o seu hardware e software apresentavam um desempenho aceitável, conclui-se que os algoritmos implementados no LABVIEW, tanto para a identificação quanto para os Controladores Proporcional e Proporcional-Integral, funcionam perfeitamente, pois todos os requisitos necessários foram obedecidos, comprovando sua aplicabilidade e funcionalidade.

Instituição de Fomento: Programa de Educação Tutorial de Engenharia Elétrica (PET) - UFPA
Palavras-chave: Sistema de Aquisição de Dados, Identificação, Controle.