Identificação e Controle PID de Sistema Térmico

Identificação da dinâmica de aquecimento/resfriamento de uma bancada térmica didática e projeto de um controlador PID de temperatura a partir do modelo identificado.

Objetivos

O LINCE dispõe de uma bancada didática de sistema térmico (elemento resistivo de aquecimento, sensor de temperatura e, opcionalmente, ventilador como perturbação/atuador secundário). Este projeto propõe usar essa bancada como estudo de caso clássico de controle de processos. Objetivos:

• Levantar a curva de reação do sistema (resposta ao degrau de potência aplicada ao aquecedor) e identificar um modelo de baixa ordem (1ª ou 2ª ordem com atraso de transporte);
• Projetar um controlador PID de temperatura a partir do modelo identificado (métodos de sintonia clássicos: Ziegler-Nichols, IMC, ou otimização numérica);
• Implementar o controlador em malha fechada na bancada (microcontrolador ou placa de aquisição) e avaliar desempenho (tempo de acomodação, sobressinal, erro em regime);
• Avaliar a robustez do controlador a perturbações (ex.: acionamento do ventilador) e comparar com controle liga-desliga (on-off) simples.

Pré-requisitos

• Sistemas de Controle I;
• Instrumentação (sensores de temperatura, condicionamento de sinal);
• Noções de identificação de sistemas (resposta ao degrau, modelos de 1ª/2ª ordem com atraso);
• Programação em Python, MATLAB ou C/C++ para microcontrolador.

Estrutura Sugerida para o Grupo Autogerenciado

• Reuniões semanais internas do grupo, com reunião quinzenal com o orientador para validação de resultados;
• Entregáveis mensais: notebook/firmware reprodutível com o pipeline de aquisição → identificação → sintonia PID → validação em malha fechada;
• Ferramentas: bancada térmica do LINCE, microcontrolador ou placa de aquisição, repositório Git compartilhado;
• Divisão sugerida: um membro focado na instrumentação e aquisição de dados, outro na identificação do modelo, outro na sintonia e implementação do PID.

Referências

1. Ogata, K. Engenharia de Controle Moderno. 5ª ed. Pearson, 2010. Cap. 8 — Controladores PID e Controladores PID Modificados.
2. Åström, K. J.; Hägglund, T. PID Controllers: Theory, Design, and Tuning. 2ª ed. ISA, 1995.