bancada didática para ensino de controle e robótica

Bolsista: Gustavo Henrique Jasper

Orientador: Alejandro Rafael Garcia Ramirez, Dr

PROJETO DE UMA BANCADA DIDÁTICA PARA AS

DISCIPLINAS DE CONTROLE E ROBÓTICA

DOS CURSOS DAS ENGENHARIAS

CONIC - SEMESP

14º Congresso Nacional de Iniciação Científica

São Paulo - SP, 28 a 29 de novembro de 2014

Contextualização

Problema:

Como aproximar o aluno à atividade industrial com a

finalidade de se obter uma melhor relação entre

teoria e prática e um estimulo ao aprendizado?

Solução proposta:

Desenvolvimento de uma bancada didática para

realização de atividades de práticas dos cursos das

Engenharias da Univali.

Sumário

Introdução

o Controle de sistemas

Referencial teórico

o Controle PID

o Softwares SCADA

o Arduino

Metodologia

o Plataforma desenvolvida

Desenvolvimento

o Hardware

o Firmware

o Software Supervisor

Resultados

o Experiências de controle

Trabalhos Futuros

Conclusões

Controle de sistemas

Definição: Subsistemas e processos construídos

com o objetivo de obter uma saída desejada com um

desempenho desejado para uma entrada específica.

Importância:

Propicia desempenho ótimo de sistemas

Melhoria de qualidade

Redução de custos

Aumento de produtividade

Automação de atividades

Controle de sistemas

Exemplos de aplicações:

Navegação de veículos

Nível de líquido em um

tanque

Sistemas robóticos

Temperatura em

ambientes

Controle PID

Simples e eficiente

Técnica de controle mais utilizada na indústria

Permite o ajuste dos parâmetros durante o

funcionamento

Permite o controle de sistemas cujo modelo

matemático é desconhecido.

Serve como base para técnicas modernas

Necessita ajuste dos parâmetros

Controle PID

Software Supervisor - SCADA

Supervisory control and data acquisition;

Demonstra o comportamento de um processo,

através de figuras, gráficos e indicadores.

Possibilita:

Interface com o operador

Armazenar histórico

Analisar dados em tempo real

Arduino

Plataforma de

prototipagem

eletrônica

Hardware e

software

Open-Source

Facilidade no

projeto

Arduino

Plataforma desenvolvida

Integração hardware-software

para controle e supervisão de

rotação de um motor CC.

Componentes:

Hardware para aquisição de

dados

Interface de potência

Firmware

Software Supervisor

Ajuste dos parâmetros PID

Hardware

Opto-acoplador – TIL 111

Ponte H - L298

Firmware

attachInterrupt(0, countRevolutions, FALLING);

void loop() {

If ( Serial.available() > 0) {

analogWrite(pwm, Serial.parseInt()

resetFrequency();

}

if (millis()-lastmillis>100){

resetFrequency();

}else{

If (millis()-lastmillis==100){

detachInterrupt(0);

frequency &= 0b111111111111100;

Serial.println ((int)frequency);

resetFrequency();

}

}

}

void countRevolutions(){

frequency++;

}

void resetFrequency(){

detachInterrupt(0);

frequency = 0;

lastmillis = millis();

attachInterrupt(0, countRevolutions, FALLING);

}

Software Supervisor

Desenvolvido na plataforma Labview™ em conjunto

com o plugin PID and Fuzzy Logic Toolkit.

Requisitos funcionais:

Apresentar gráficos em tempo real para o valor da

referência, variável de processo e saída do controle.

Permitir ao usuário alterar os parâmetros do

controlador PID

Efetuar cálculo de controle e enviar a saída à placa

Arduino.

Software Supervisor

Programação através de diagrama de blocos:

Software Supervisor

Definição do setpoint (referência):

Software Supervisor

Interface com o usuário:

Experiências de controle

Parâmetros ajustados experimentalmente:

Experiências de controle

Parcela integral acima dos parâmetros ajustados:

Experiências de controle

Parcela proporcional acima dos parâmetros ajustados:

Experiências de controle

Resposta à aplicação de carga:

Trabalhos Futuros

Desenvolvimento de estratégia de resposta mais

rápida para leitura da rotação do motor o Redução do tempo de resposta de 100ms para

20ms

o Redução do ruído

Viabilização do estudo da parcela derivativa,

dependente de um baixo nível de ruído e um tempo

de resposta menor do que o atingido no atual projeto.

Desenvolvimento de rotina de ajuste automático dos

ganhos do controlador PID.

Conclusões

Como consequência desse projeto haverá um salto

qualitativo e quantitativo no conhecimento que é

transmitido nas disciplinas Sistemas de controle e

Robótica que não dispõem de uma ferramenta similar à

proposta neste trabalho.

Inicio das atividades práticas no semestre atual

(2014-2).

Apoio

O desenvolvimento do projeto contou com

financiamento do edital PIBITI 2013.