Projeto e implementação de um aparato para estudo e pesquisa em controle com base no sistema bola e barra

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Camargo, Claudinei Veríssimo de
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23875
Resumo: A teoria de Controle de Sistemas Lineares Invariantes no Tempo (SLIT) consiste em modelar os sistemas físicos em termos matemáticos, e com base nestes modelos elaborar estratégias de controle para que uma ou mais variáveis do sistema apresentem comportamento dentro de padrões desejados. Na disciplina de controle o processo de ensino-aprendizagem, é um desafio tanto para professores quanto para alunos, principalmente devido à falta de associação com sistemas reais. Portanto, a presença de equipamentos capazes de aproximar a teoria da prática pode ser de grande ajuda para assimilação e solidificação de conhecimentos. Ferramentas comerciais são encontradas para tal fim, porém podem ser de difícil acesso. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta didática que possa ser utilizada em sala de aula, ou de modo autodidata, e assim contribua para o ensino e aprendizagem da disciplina de Controle de Sistemas. O projeto é composto pelo sistema bola e barra, que é intrinsecamente instável e não-linear, e tem como objetivo o controle de posicionamento de uma bola sobre uma barra. O aparato conta com um software onde o usuário, de maneira guiada, é apresentado às teorias de controle e ao mesmo tempo pode implementar controladores PID para a planta proposta. O projeto se vale da plataforma de hardware livre Arduino para implementação de algoritmos de controle digital. Testes estatísticos, através de MANOVA e ANOVA, permitiram demonstrar a viabilidade de utilização de linearização no processo de modelagem do sistema, bem como a possibilidade de emprego da técnica H-Infinity no projeto de controladores PID. Por fim, constatou-se a viabilidade de construção de um equipamento para estudo e pesquisa em Controle de Sistemas.
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Portanto, a presença de equipamentos capazes de aproximar a teoria da prática pode ser de grande ajuda para assimilação e solidificação de conhecimentos. Ferramentas comerciais são encontradas para tal fim, porém podem ser de difícil acesso. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta didática que possa ser utilizada em sala de aula, ou de modo autodidata, e assim contribua para o ensino e aprendizagem da disciplina de Controle de Sistemas. O projeto é composto pelo sistema bola e barra, que é intrinsecamente instável e não-linear, e tem como objetivo o controle de posicionamento de uma bola sobre uma barra. O aparato conta com um software onde o usuário, de maneira guiada, é apresentado às teorias de controle e ao mesmo tempo pode implementar controladores PID para a planta proposta. O projeto se vale da plataforma de hardware livre Arduino para implementação de algoritmos de controle digital. Testes estatísticos, através de MANOVA e ANOVA, permitiram demonstrar a viabilidade de utilização de linearização no processo de modelagem do sistema, bem como a possibilidade de emprego da técnica H-Infinity no projeto de controladores PID. Por fim, constatou-se a viabilidade de construção de um equipamento para estudo e pesquisa em Controle de Sistemas.The control theory of a Linear Time-Invariant System (LTI systems) consists of modeling the physical systems in mathematical terms, and based on these models elaborate strategies of control so that one or more variables of the system present behavior within the desired standards. In the control systems discipline, the teaching-learning process is a challenge for both teachers and students, mainly due to the lack of association with real systems. Therefore, the presence of equipment able to approximate the theory of practice can be of great help for assimilation and solidification of knowledge. Commercial tools can be found for this purpose but may be difficult to access. This work proposes the development of a didactic tool that can be used in the classroom, or in a self-taught way, and thus contributes to the teaching and learning of the discipline of Control Systems. The design consists of the ball and beam system, which is intrinsically unstable and non-linear, and aims to control the positioning of a ball on a bar. The apparatus relies on software where the user, in a guided manner, is introduced to the control theories and at the same time can implement PID controllers for the proposed plant. The project uses the free Arduino hardware platform to implement digital control algorithms. Statistical tests, through MANOVA and ANOVA, allowed to demonstrate the feasibility of using linearization in the system modeling process, as well as the possibility of using the H-Infinity technique in the PID controller design. Finally, it was verified the feasibility of constructing an equipment for study and research in Control Systems.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáToledoEngenharia EletrônicaUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAOSistemas de controle digitalSistemas lineares de controleControladores PIDDigital control systemsLinear control systemsPID controllersProjeto e implementação de um aparato para estudo e pesquisa em controle com base no sistema bola e barraDesign and implementation of an apparatus for study and research in control based on the ball and beam systeminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisToledoCoca Salazar, Andrés EduardoVargas, JaquelineJeronymo, Daniel CavalcantiCoca Salazar, Andrés EduardoCamargo, Claudinei Veríssimo deinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALsistemabolabarra.pdfsistemabolabarra.pdfapplication/pdf11652739http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/23875/1/sistemabolabarra.pdfe68d61a4b256414ef492790ff70e639cMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/23875/2/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD52TEXTsistemabolabarra.pdf.txtsistemabolabarra.pdf.txtExtracted texttext/plain163039http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/23875/3/sistemabolabarra.pdf.txt144ec03de29f5a77d30949773ab051a1MD53THUMBNAILsistemabolabarra.pdf.jpgsistemabolabarra.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1305http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/23875/4/sistemabolabarra.pdf.jpga00e2202bc505cfb02e5a7dca652e323MD541/238752021-01-19 04:10:41.05oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2021-01-19T06:10:41Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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