IDENTIFICAÇÃO E CONTROLE PID DE UM SISTEMA VIGA-HÉLICE

Abstract

Para o ensino de sistemas de controle faz-se necessário a construção de protótipos para experiências didáticas, visando complementar o aprendizado dos alunos, especialmente nos cursos de engenharia. Este artigo apresenta a identificação e o controle PID de um protótipo didático de um sistema viga-hélice desenvolvido no Laboratório de Automação do Instituto Federal do Paraná (IFPR) – Jacarezinho. O protótipo consiste em uma haste fixada a um eixo rotacional. Um conjunto motor-hélice é acoplado a uma das extremidades desta haste, proporcionando o empuxo necessário para a variação do ângulo. Um contrapeso é fixado na outra extremidade da haste, a fim de balancear o sistema e reduzir a força de empuxo necessária para a rotação. Duas funções de transferência foram obtidas como modelo do sistema, uma de  ordem e outra de  ordem, através da realização de ensaios em malha aberta em torno de um ponto de operação e da utilização a ferramenta ‘ident’ do software Matlab^®. Posteriormente utilizou-se a ferramenta ‘rltool’ do software Matlab^® para projetar dois controladores PID, um para cada modelo, encontrando os ganhos , e  de cada controlador. Durante a realização dos testes, a posição do contrapeso foi alterada duas vezes, resultando em três posições diferentes. Ambos os controladores PID foram aplicados em cada uma dessas configurações de modo a analisar o comportamento do sistema, do sinal de controle e a robustez, totalizando seis testes experimentais. Os resultados de simulações e experimentais mostraram que os controladores projetados foram capazes de controlar o ângulo da haste seguindo uma onda quadrada em todos os testes. O índice ITAE (integral do erro absoluto ponderado no tempo), que destaca o erro que se mantém ao longo do tempo, foi usado para avaliar numericamente o desempenho dos controladores. Os aspectos construtivos do protótipo e os resultados são apresentados ao longo deste trabalho.