 O documento descreve o projeto de uma bancada didática para ensino de controle e robótica, com o objetivo de aproximar os alunos da prática industrial. A bancada permite o controle de rotação de um motor CC usando um controlador PID implementado em Arduino e supervisionado por software SCADA no LabVIEW.

1. 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

2. 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.

3. 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

4. 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

5. Controle de sistemas
Exemplos de aplicações:
 Navegação de veículos
 Nível de líquido em um
tanque
 Sistemas robóticos
 Temperatura em
ambientes

6. 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

7. Controle PID

8. 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

9. Arduino
 Plataforma de
prototipagem
eletrônica
 Hardware e
software
 Open-Source
 Facilidade no
projeto

10. Arduino

11. 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

12. Hardware
Opto-acoplador – TIL 111
Ponte H - L298

13. 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);
}

14. 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.

15. Software Supervisor
Programação através de diagrama de blocos:

16. Software Supervisor
Definição do setpoint (referência):

17. Software Supervisor
Interface com o usuário:

18. Experiências de controle
Parâmetros ajustados experimentalmente:

19. Experiências de controle
Parcela integral acima dos parâmetros ajustados:

20. Experiências de controle
Parcela proporcional acima dos parâmetros ajustados:

21. Experiências de controle
Resposta à aplicação de carga:

22. 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.

23. 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).

24. Apoio
O desenvolvimento do projeto contou com
financiamento do edital PIBITI 2013.