Hardware De Baixo Custo Para O Ensino Da Sintonia De Controladores

Abstract

RESUMO -O ensino de controle de processos químicos aborda, entre outros aspectos, a identificação de modelos dinâmicos de processos, a definição de estratégias e a sintonia de controladores. Pacotes como Matlab e o Scilab, bem como simuladores comerciais, são usados no ensino, mas a dinâmica do processo a ser analisado pode estar explícita e visível ao usuário da aplicação computacional, o que pode ser indesejável, bem como pode ser necessário o desembolso com licenças de software. Este trabalho teve como objetivos projetar, prototipar, programar e implementar um hardware para emular processos baseados na dinâmica de primeira ordem, operando em malha aberta e/ou malha fechada com um controlador P+I+D. O hardware foi centrado em um Arduino Nano, e conta com painel LCD, além da interface serial de entrada/saída para a interação com os usuários. O programa simulador dinâmico foi desenvolvido em C++, para a solução do problema do valor inicial da EDO de primeira ordem, pelo método de Euler, e reside no microcontrolador ATmega328. O tratamento dos resultados das simulações em malha aberta, para identificação do processo desconhecido e a sintonia dos parâmetros do controlador feedback com lei P+I+D são executados off-line pelos usuários, enquanto o teste do desempenho em malha fechada é feito no hardware desenvolvido. O protótipo foi usado na disciplina de Controle de Processos Químicos da FURG, permitindo uma maior familiarização dos estudantes com o projeto e sintonia de controladores PID. INTRODUÇÃOO uso de softwares de simulação, comerciais ou não, dentre os quais estão Aspen Plus, Aspen Hysys, e EMSO, é disseminado no ensino, na pesquisa e no dia-a-dia do profissional de engenharia química. Já o uso de pacotes matemáticos proprietários como Matlab, Mathematica, MathCad, ou "open source" como o Scilab e o Octave, bem como linguagens de programação, como o C ou o Python, é bem mais comum no meio acadêmico do que no meio industrial. Todas essas ferramentas, em conjunto ou não, podem ser usadas durante os cursos tradicionais de Controle de Processos, em nível de graduação.Essa necessidade de uso das ferramentas computacionais citadas se justifica, pois o ensino de controle de processos químicos pressupõe a possibilidade da modelagem matemática baseada nos princípios de conservação, complementados com o uso das equações constitutivas do problema, ou o uso dos modelos caixa-preta.