63ª Reunião Anual da SBPC

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

SIMULAÇÃO DE CONTROLADORES ANALÓGICOS VARIÁVEIS UTILIZANDO O SOFTWARE ELETRONIC WORKBENCHS .

Jéssica Corrêa Santos 1 Renan Landau Paiva de Medeiros 1 Juliana Portugal da Costa 1 Anderson de França Silva 1 Gerlon Pompeu Paes 1 Orlando Fonseca Silva 2

1. Programa de Educação Tutorial de Eng. Elétrica, FEE, ITEC, UFPA 2. Prof. Dr./Tutor do PET de Eng. Elétrica, FEE, ITEC, UFPA

INTRODUÇÃO:

“Estima-se que mais de 90% das malhas de controle encontradas em processos industriais operam com controladores PID (Proporcional, Integral e Derivativo)” (BAZANELLA; SILVA JR., 2005, p. 50), haja vista que os mesmos são aplicáveis à maioria dos sistemas de controle, mesmo quando se desconhece as propriedades intrínsecas da planta. Por outro lado, muitas vezes esses controladores são mal sintonizados ou simplesmente desligados, em detrimento ao controle manual e suas conseqüências. Dessa maneira, ressaltando a importância de tais controladores e destacando-se a necessidade de formação de profissionais com conhecimento teórico e prático sobre o funcionamento e ajuste dos mesmos, neste trabalho apresenta-se uma abordagem para o desenvolvimento de módulos didáticos de controladores analógicos do tipo: P (Proporcional), PD (Proporcional e Derivativo), PI (Proporcional e Integral) e PID, através do auxílio do software Eletronics Workbenchs (EWB) . Uma vez implementados, testados e feita à análise do funcionamento dos mesmos, os módulos virtuais serão implementados fisicamente para uso em disciplinas ministradas no Laboratório de Controle de Sistemas da Universidade Federal do Pará.

METODOLOGIA:

Para a realização do projeto, construção de módulos de controladores analógicos P, PD, PI e PID, foram utilizadas simulações no software EWB , com o auxílio dos dispositivos virtuais que o compõe, como os amplificadores operacionais, capacitores, resistências e fontes de alimentação. A partir do arranjo dos dispositivos nos circuitos, conforme as referências consultadas, foram adicionados mecanismos de variabilidade, ou seja, pequenos equipamentos que permitem simular a interface do circuito com o usurário, como chaves seletoras e resistores variáveis, influenciando diretamente nas respostas desses sistemas. Tais respostas foram qualificadas virtualmente a partir de entradas de sinais elétricos e, para coleta de dados, foi utilizado o osciloscópio do software. Os gráficos dos sinais foram produzidos de tal forma que explicitassem a função e os objetivos de cada controlador, tendo em vista que o usuário poderá operar estes tipos de circuitos em um sistema elétrico qualquer, utilizando as mudanças dos parâmetros contidos nos módulos virtuais, de forma que garanta suas próprias especificações de trabalho.

RESULTADOS:

Os circuitos foram simulados no software EWB e, a ele, foram aplicados diferentes sinais de entrada. Com a monitoração das saídas, puderam-se verificar as respostas dos circuitos, analisá-las e compará-las com a literatura consultada. Primeiramente, montou-se o controlador P, combinando amplificadores operacionais e resistores. Então, aplicando-se à entrada sinais senoidais e pulsos, viu-se que a resposta do sistema se assemelhava ao sinal aplicado, entretanto com sua amplitude alterada, variando de acordo com o valor das resistências utilizadas. Na simulação do controlador PD, foi visto que a partir do chaveamento dos capacitores na entrada do amplificador operacional podia-se modificar o ganho. Além disso, observaram-se mudanças nos sinais de trem de pulsos para impulsos e na defasagem das senóides. Foi incluído um filtro passa-baixas na saída do sistema, de maneira que pudessem ser eliminadas as componentes de alta freqüência impertinentes no sinal de resposta. Já na simulação do controlador PI, além das características do controlador P, verificou-se que ao aplicar sinais de pulsos à entrada, o sinal apresentado na saída era a onda triangular, enquanto que as senóides mostravam-se defasadas. Com a junção dos três circuitos formou-se o PID, pela linearidade dos sistemas.

CONCLUSÃO:

As simulações dos circuitos analógicos para a implementação de estratégias clássicas de controle, realizadas no software Eletronics Workbenchs , foram realizadas com o intuito de avaliar o desempenho de tais circuitos para o posterior uso como controladores de plantas de primeira e segunda ordem. Com a utilização de amplificadores operacionais, resistores e capacitores, e valendo-se da teoria de circuitos elétricos no domínio da freqüência, estabeleceu-se a análise de seus possíveis efeitos conforme a disposição dos componentes. Assim, com base na mesma teoria, as respostas aos diversos sinais de entradas foram analisadas, bem como as características dos circuitos em relação às funções de integração, derivação e a amplificação dos mesmos sinais, obtendo-se resultados satisfatórios conforme esperado de acordo com as referências consultadas.

Palavras-chave: Controladores, Circuitos Analógicos, Eletronic Workbenchs.