O DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DE AUXILIO NO ENSINO E APRENDIZAGEM DE CONTROLADOR PID

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA

CAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA DEPARTAMENTO DE ENSINO

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DE AUXILIO NO ENSINO E APRENDIZAGEM DE CONTROLADOR PID

RAFAEL NASCIMENTO SILVA

Vitória da Conquista - BA, Julho de 2016.

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RAFAEL NASCIMENTO SILVA

DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DE AUXILIO NO ENSINO E APRENDIZAGEM DE CONTROLADOR PID

Pré-Projeto de Curso apresentado para a disciplina Projeto em Engenharia Elétrica, como requisito básico para apresentação do Projeto de Final de Curso de Engenharia Elétrica, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, Campus Vitória da Conquista.

Orientador: Prof. Dr. Wilton Lacerda Coorientador: Prof. Me. Juan Lieber Marin

Vitória da Conquista - BA, Julho de 2016

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RESUMO

Esse pré-projeto apresenta uma proposta a ser desenvolvida no Projeto Final de Curso. A proposta é da elaboração de uma ferramenta de auxilio no ensino de controle PID. Será construído um sistema embarcado com o uso de um ou mais microcontroladores e periféricos. O sistema possuirá interface com usuário por meio de display de teclado, conexões de entrada e saída e o controlador PID implementado em firmware no microcontrolador. O controlador será montado de maneira que sensores e atuadores possam ser conectados ao mesmo para que possa realizar o controle do sistema desejado. Também será realizada a elaboração de um tutorial de maneira que o material desenvolvido possa ser replicado por alunos e instituição de ensino.

Palavras-Chave: Controlador, PID, microcontrolador, embarcado, ensino.

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Sumário

1. INTRODUÇÃO        5
2. JUSTIFICATIVA        6
3. OBJETIVOS        7

1. Objetivo geral        7
2. Objetivos específicos        7

1. REFERENCIAL TEÓRICO        8

1. Sistema de Controle        8

1. Processo        8
2. Atuador        8
3. Controlador        9
4. Sensor        9

1. Controlador PID        9
2. Microcontrolador        10

1. METODOLOGIA        11
2. RESULTADOS ESPERADOS        12
3. CRONOGRAMA        13
4. REFERÊNCIAS        15

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1. INTRODUÇÃO

A área de controle tem crescido durante os anos, apresentando cada vez mais mecanismos, teorias e técnicas para implementações de controladores. Controlar, em engenharia de controle, consiste em fazer com que um sistema ou planta convirja para uma determinada saída com um desempenho desejado (NISE, 2013). Um controlador realiza a ação de controlar um sistema por meio de um processo de realimentação de informação e de uma entrada especificada.

O próprio corpo humano realiza funções de controle durante toda a vida. Estímulos nos são fornecidos por meio dos nossos sentidos e outros sensores do nosso corpo, o cérebro toma decisões com base nesses estímulos e fornecem comandos para os músculos, células e outros atuadores. Assim podemos realizar ações como ficar em pé, caminhar, correr, escrever. A temperatura corporal também é controlada de forma que tende a se manter constante em uma faixa para que os órgãos internos possam funcionar devidamente.

Controladores existem desde antes de cristo na Grécia antiga com mecanismos reguladores com boias. Depois evoluíram com o tempo, passando a sistemas de controle automático de velocidade, pressão e posição. Muitos desses controles eram realizados por meio de sistemas mecânicos, e não possuíam um teoria fundamentada na montagem e projeto dos mesmos (DORF, 2014).

Logo surgiram controladores elétricos, que emitiam sinais para componentes que poderiam atuar sobre os sistemas. Controladores elétricos facilitaram muito o processo de controle de muitos sistemas, além de aumentar a precisão que poderia ser alcançada.

Os controladores PID são um técnica de controle que tem se apresentado muito utilizados nas práticas, é utilizado como modelo mais comum nos estudos dessa controlador. Trata de uma técnica que faz uso de realimentação de erro para tomar ações de controle de caráter proporcional, integrativo e derivativo, devido a isso o nome PID.

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1. JUSTIFICATIVA

Com a expansão das áreas saúde, construção, transporte e até militar e sendo requisitado mais precisão e eficiência nos equipamentos a serem utilizados, é necessário um sistema de controle cada vez melhor. Muitas equipamentos do cotidiano, como um simples aquecedor de uma casa, uma geladeira, luminosidade do ambiente requerem controle.

Maioria controladores são específicos a uma determinada aplicação, e omite muitas de suas informações, além de que, o usuário perde de conhecer alguns dos parâmetros por traz do mesmo. Um módulo controlador com interface mais limpa e fundamentos matemáticos conhecidos proporcionam uma diversidade de aplicações.

A técnica PID é muito estudada nos cursos de graduação de engenharia e representa um aspecto teórico importante nos estudo de controladores, porem muitas vezes não é visível na pratica e por isso alguns alunos tem a dificuldade de sua compreensão. O sistema de controle apresenta caráter didático de forma que as equações envolvidas no processo são conhecidas e podem ser testados em práticas muitas das teorias estudadas no curso.