LABVCON

Laboratório Virtual de Engenharia de Controle

Resumo

LABVCON é um projeto de um software que simula um laboratório de engenharia de controle clássico para um usuário que não tenha acesso aos instrumentos básicos necessários. Nesse laboratório, o usuário poderá explorar as estrututuras clássicas de PID, explorar as sintonias de PID por tabela e simular essas configurações nas funções de transferências das plantas desejadas.

Autores

Apresentação dos autores do projeto LABVCON.

Nélio Dias

Nélio Dias

Desenvolvedor Front End e Back End

Antonio Moises

Antonio Moises

Desenvolvedor Front End e Back End

Rejane de Barros

Rejane de Barros

Coordenadora do projeto

Caio Cesar

Caio César

Revisor e editor

Instalação

O softaware é um executável, porém é necessário instalar o Matlab Runtime 2022a (9.12). O MATLAB Runtime é um conjunto autônomo de bibliotecas compartilhadas que permite a execução de MATLAB compilado, aplicativos Simulink ou componentes. Abaixo segue o link para o download conforme seu sistema operacional.

Windows 64-bit
Linux 64-bit

Para mais informações, pode-se acessar a documentação do copilador nesse link:

Matlab Runtime

Feito isso, pode-se baixar o executável a seguir em download ou pela página do projeto no Github.

Download
Projeto

Manual de instruções


1) Estruturas PID

Para a utilização da primeira tela, devemos seguir a ordem numerada na figura abaixo. Temos duas interfaces no software: Estruturas PID e Sintonia PID.

Estrutua da primeira tela do LABVCON

1.1) Tipos de estruturas

Aqui você escolhe entre os tipos de estruturas clássicas disponíveis:


  • PID Ideal
  • PID Paralelo
  • PID Série
  • I+PD
  • PI+D

1.2) Ganhos do Controlador

Na parte 2, deve-se inserir os coeficientes Kc , Ti e Td dos controladores na estrutura selecdonada. Deve-se atentar que Kc , Ti não pode ser 0. Ti é o denominador do integrador na lei de controle, logo a divisão por 0 é indefinido.

1.3) Configurações de simulação

Após inserir os ganhos do controlador, clica-se no botão Configurações de Simulação e abre-se a janela ao lado.

  • Tempo de Simulação: Insere-se o tempo total de simulação desejada.
  • Sinal de Referência: Aqui configura-se quantas referências sua simulação irá conter. Pode-se escolher até 3 amplitudes de sinais e os 3 momentos que eles irão mudar.
  • Planta: Aqui configura-se a função de transferência da planta do sistema. Especifica-se os polinômios do numerador e denominador separando-os por espaço. Exemplos:
    Polinômio
    s^2 + s + 1
    s^3 - 50*s + 2
    (s + 1)*(s + 1)
    (s^2 + 200)*(s + 1)^3
  • Atraso: configura-se o atraso de transporte da planta se houver.

2) Sintonia PID

Nessa tela, pode-se simular as sintonias clássicas de Ziegler-Nichols pelo ganho crítico, pela curva de reação assim como Choen e Coon nas estruturas PID da tela anterior.

Sintonia PID

2.1) Planta

Insere-se os polinômios do numerador e denominador da função de transferência da planta. Vale ressaltar que as interfaces de sintonia apenas são acessadas quando a seção das plantas são completadas

2.2) Ziegler-Nichols

Escolhe-se qual metódo que será utilizado para sintonia de Ziegler-Nichols: Curva de reação ou Ganho Crítico.

2.2.1) Ziegler-Nichols - Curva de Reação

Selecionando o botão Curva de Reação, abre-se essa tela auxiliar para parametrizar e se obter a reta tangente.

  • Maior t: Slider para posicionar a parte superior da tangente.
  • Menor t: Slider para posicionar a parte inferior da tangente.
  • Tempo de atraso (θ), constante de tempo (τ) e constante dos controladores em malha aberta (Kp): Nesses campos, insere esses valores coletados do gráfico para calcular a sintonia.
  • Coeficientes dos controladores:: Seleciona-se o tipo de controlador pela quantidades de componentes do PID.

2.2.2) Ziegler-Nichols - Ganho Crítico

Selecionando o botão Ganho Crítico, abre-se essa tela auxiliar para parametrizar a curva de reação.

  • Variação do ganho em malha fechada: Aqui, controla-se Ku para que a resposta se torne uma oscilação sustentada.
  • Planta com oscilação sustentada: Nessa área, deve-se coletar o período da oscilação sustentada do gráfico na tela de sintonia. Dica: o período é a distância entre duas cristas adjacentes do gráfico. Use o mouse para dar zoom, clicar e obter os valores desses pontos.
  • Sintonia: Seleciona-se o tipo de controlador pela quantidades de componentes do PID.

2.3) Outros Metódos

Opção de outros metódos de sintonia de tabela. Encontra-se disponível o método de Choen e Coon. O metodo de Choen e Coon utiliza os mesmos parâmetros para

2.3.1) Metódo de Choen e Coon

O método de Choen-Coon possui como valores necessários os mesmo que o Ziegler-Nichols usando a curva de reação. Então, por esse metódo, irá abrir a mesma janela explicada no item 2.2.1 e a diferença será no algoritmo interno que usará uma tabela diferente para calcular Kp, Td e Ti.

Tutoriais

Nessa seção temos alguns exemplos mostrando mais detalhes da plataforma