Modelagem e desenvolvimento de uma planta didática de baixo custo para ensino em sistemas multivariáveis

Autores

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i7.30249

Palavras-chave:

Sistema multivariável de quatro tanques; Sistemas dinâmicos e laboratório de controle; Planta didática de baixo custo; Ensino de engenharia.

Resumo

Este trabalho tem como objetivo o planejamento, a construção e a modelagem de uma planta de nível multivariável de baixo custo a ser utilizada para fins didáticos. O modelo desenvolvido possui duas bombas que alimentam quatro tanques acoplados entre si. Entre os tanques e as bombas existem válvulas de entrada e saída que podem alterar a dinâmica do sistema de acordo com sua configuração de abertura. Para automatizar as bombas e ler a instrumentação utilizada, foi escolhido o microcontrolador Arduino, que é um modelo de grande utilização no ambiente acadêmico e de fácil parametrização. Para o sensoriamento, optou-se pelo sensor ultrassônico HC-SR04, que já possui compatibilidade nativa com o microcontrolador. Para validar a planta construída, foi necessário identificar seu modelo utilizando o método empírico de resposta ao degrau para este fim. Desta forma, este trabalho possui tanto características qualitativas quanto quantitativas, uma vez que o planejamento e a construção da planta didática implicaram em uma pesquisa exploratória da problemática e em seguida foi aplicado o método de modelagem e simulação para obter o modelo matemático da planta. Por fim, foi conduzida uma pesquisa experimental, comparando os dados obtidos na planta real com os dados do modelo para validação. Concluídas todas as etapas da pesquisa, o resultado do trabalho é uma planta didática com boa linearidade, capaz de proporcionar a implementação de estratégias de controle de nível de tanques acoplados e auxiliar no ensino e aprendizagem de disciplinas que envolvem conceitos de sistemas dinâmicos, identificação e controle de sistemas multivariáveis.

Biografia do Autor

Luiz Felipe Pugliese, Universidade Federal de Itajubá

Graduado em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Mestre (2015) e doutor (2019) em Engenharia Elétrica com ênfase em Automação e Sistemas Elétricos Industriais pela Universidade Federal de Itajubá. Professor da Universidade Federal de Itajubá campus Itabira. Pesquisador do Grupo de Pesquisa em Sistemas Dinâmicos (GPDIN).

Tiago Gaiba de Oliveira, Universidade Federal de Itajubá

He holds a degree in Electrical Engineering from the Centro Universitário do Leste de Minas Gerais (2012), a master's degree in Modeling and Control of Systems from the Federal Center for Technological Education of Minas Gerais (2015) and a PhD in Electrical Engineering from the Federal University of Minas Gerais (2018) . He is currently Journal Reviewer at IET CONTROL THEORY & APPLICATIONS (ONLINE), Journal Reviewer at IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS and Adjunct Professor A1 at the Federal University of Itajubá, Campus Itabira. He has experience in the field of Electrical Engineering, with an emphasis on Industrial Electronics, Electronic Systems and Controls. Acting mainly on the following topics: Synthesis, Controllers, Non-linear, Network.

Diogo Leonardo Ferreira da Silva, Universidade Federal de Itajubá

He holds a degree in Control and Automation Engineering (2010) from the Federal University of Itajubá and a Master's degree in Electrical Engineering (2013) from the same institution. He completed his PhD in Electrical Engineering at the Federal University of Itajubá, having completed a sandwich period at the University of Tennessee in the USA. He did a Post-Doctorate in Computer Engineering at the Federal University of Itajubá in 2017. He is currently an adjunct professor in the areas of analog and digital electronics at the Federal University of Itajubá-Campus Itabira. His main areas of interest are: Control systems, automation and process control, artificial intelligence, digital systems and electronic circuits. In administrative activities, he was coordinator of the course conclusion work, coordinator of the control and automation engineering course in addition to having participated in several committees and being a counselor of CONSUNI.

Fadul Ferrari Rodor, Universidade Federal de Itajubá

He holds a degree in Control and Automation Engineering from the Federal University of Itajubá (2009), a Master's degree in Electrical Engineering from the Federal University of Itajubá (2012) and a PhD in Electrical Engineering from the Federal University of Itajubá (2017). He is currently an Adjunct Professor at the Federal University of Itajubá. He has experience in the field of Electrical Engineering, with an emphasis on Industrial Electronics, Electronic Systems and Controls.

Rodrigo Aparecido da Silva Braga, Universidade Federal de Itajubá

He holds a degree in Computer Engineering from the Federal University of Itajubá (2004) and a Master's degree in Electrical Engineering with an emphasis on Electrical Systems for Industrial Automation from the Federal University of Itajubá (2007) and a PhD in Electrical Engineering with an emphasis on Microelectronics from the Federal University of Itajubá (2018). He has experience in software engineering, computer networks, electronics and embedded systems. He is currently an Adjunct Professor-Level C3 at the Federal University of Itajubá-Campus Itabira.

Gabriela Fonseca Amorim, Universidade Federal de Itajubá

She holds a PhD in Production Engineering from Unifei (2018), a Master's degree in Production Engineering from Unifei (2014) and a degree in Control and Automation Engineering from Unifei (2011). She worked as a research scholar at the University of Tennessee at Knoxville - United States between 2015 and 2016 for the Science without Borders program and did an internship at the Laboratoire Heudiasyc at the Center de Recherches da Université de Technologie de Compiègne - France in 2009. She was elected graduate student representative in Production Engineering (2013-2015) and a degree in Control and Automation Engineering (CAECA 2007-2008; Student Representative on the Board 2010-2011). She worked as a volunteer writing teacher at Theotokos and CAAI assistance courses, and as a French and Portuguese teacher for foreigners at the Speaking language school. She is currently a professor at the Institute of Pure and Applied Sciences (ICPA) at Unifei - Itabira campus, Adjunct Coordinator of the undergraduate course in Health and Safety Engineering, Extension Coordinator of the Itabira Campus and Advisor Professor of the extension project "Engineers Without Borders - Itabira Center".

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Publicado

26/05/2022

Como Citar

PUGLIESE, L. F. .; OLIVEIRA, T. G. de; SILVA, D. L. F. da; RODOR, F. F.; BRAGA, R. A. da S.; AMORIM, G. F. . Modelagem e desenvolvimento de uma planta didática de baixo custo para ensino em sistemas multivariáveis. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 7, p. e33011730249, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i7.30249. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/30249. Acesso em: 5 jan. 2025.

Edição

v. 11 n. 7

Seção

Engenharias

Licença

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