Simulink

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ENSINO DE MODELAGEM E IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS USANDO AMBIENTE COMPUTACIONAL MATLAB/SIMULINK

Leandro dos Santos Coelho Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Laboratório de Automação e Sistemas, PUCPR/CCET/LAS Rua Imaculada Conceição, 1155, Prado Velho, 80215-030 – Curitiba – PR e-mail: lscoelho@rla01.pucpr.br

Resumo. Este artigo propõe a utilização do ambiente computacionalMatlab/Simulink para análise e verificação de fundamentos e aspectos relevantes de modelagem e identificação de processos. A abordagem adotada propicia aos alunos adquirirem experiência na simulação de modelos matemáticos lineares (e não-lineares) e aprimorarem seus conhecimentos de processos industriais. O artigo é organizado na forma de lições. As lições apresentadas tratam diversos fundamentos demodelagem e identificação de processos, tais como: (i) resposta do processo a sinais degrau e rampa, (ii) determinação de pólos e zeros da função de transferência, (iii) decomposição da função de transferência do processo em frações parciais, (iv) verificação se o processo é estável (ou instável) em malha aberta, (v) determinação da existência (ou não) de não-linearidades, e (vi) representação deprocessos em espaço de estados. O estudo de caso avaliado no Matlab consiste de um modelo simplificado do sistema de suspensão de uma das rodas de um automóvel. Além disso, o modelo matemático de um sistema mecânico denominado “snubber” é avaliado através de simulações utilizando o Simulink. Palavras-chave: Matlab, Identificação de processos, Modelagem de processos industriais, Metodologias de ensino,Novas Tecnologias e Metodologias no Ensino de Engenharia.

1.

INTRODUÇÃO

Este artigo trata de parte do conteúdo da disciplina de Processos em Engenharia. Esta disciplina é ministrada para os estudantes do 5o semestre, do curso de Engenharia Mecatrônica (Controle e Automação), da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. A disciplina de Processos em Engenharia tem um carátermultidisciplinar, pois abrange estudos de caso de processos industriais em diversas áreas, tais como: processos mecânicos, térmicos, fluídicos, elétricos e químicos. Este enfoque da disciplina tem por mérito abordar diversas facetas da teoria de sinais e sistemas aliada aos conceitos de modelagem, identificação e controle de processos, destacando-se a: (i) transferência da teoria de controle e de modelagem àaplicação de exemplos de sistemas reais (em vez da simples análise de funções de transferência que não são facilmente conectadas a realidade física); (ii) seleção criteriosa de exemplos de sistemas dinâmicos que representem importantes características de processos em diversas áreas; (iii) adoção de ambientes computacionais para simulação ou mesmo animação do comportamento dinâmico de processosindustriais; (iv) adoção de experimentos práticos de laboratório; e (v) leitura de artigos científicos básicos, pesquisa na Internet e exercícios de simulação de processos industriais. Os fundamentos teóricos de modelagem, identificação e controle de processos industriais são muito conceituais. Conforme Bernstein [1], a educação deve ser tanto conceitual quanto experimental, pois os conceitosabstratos são elegantes e poderosos, mas o aprendizado é sempre aprimorado através da experiência direta. Neste artigo deseja-se apresentar algumas simulações em ambiente Matlab/Simulink que sirvam de motivação para a realização de simulações em computador e experimentos práticos dos conceitos teóricos apresentados em aula. Esta forma de didática visa o aprimoramento do ensino na área de automaçãoindustrial é enfatizada na literatura por diversos pesquisadores, entre os quais Bissell [2], Bequette et al. [3] e Chen and Naughton [4]. De acordo com a ementa da disciplina de Processos em Engenharia, alguns estudos adicionais são incluídos visando a adoção do ambiente computacional Matlab/Simulink e a realização de experimentos práticos em laboratório. O ambiente computacional Matlab/Simulink, da...
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