Implementation of Advanced Control Algorithms in Low-Cost Hardware's

Abstract

The dissertation presented in this paper aims at the development and comparison of classical control algorithms using low cost hardware in a prototype didactic temperature process. For process monitoring and action on state variables, We opted for affordable sensors, providing a didactic plant with little financial resources. The classic control algorithms were developed based on models already established in the literature regarding the PID 2DOF controller and state feedback with reference tracking with integrators. These strategies were implemented in Arduino, where positive results were achieved in the control of the selected process due to the limitations of this hardware, given the need for a high sampling rate for better controller performance.

Problemática

Ao longo dos últimos anos, viu-se uma popularização dos microcontroladores e do open hardware, sendo estes eventos, interligados com a queda dos custos dos componentes eletrônicos, possibilitando a construção de pequenas plataformas com cotações mais acessíveis. No entanto, com estes fenômenos, notou-se uma grande ocupação dos microcontroladores no ramo tecnológico, onde estão cada vez mais presentes no cotidiano das pessoas, agregando a este, conforto e facilidades. Todavia, os dispositivos têm representado grandes impactos nos sistemas produtivos e no que tange inovações tecnológicas.

A automação tornou-se cada vez maior com o fenômeno da indústria 4.0, onde há interconexões entre todos os equipamentos, permitindo o crescente aumento da qualidade e produtividade, entretanto, surge paralelamente, maiores exigências dentro do processo para manter um padrão, fazendo-se necessário o uso de controladores para cumprir com tal.

Tendo em vista a necessidade de reduzir custos para estes processos, faz-se necessário um estudo que possibilite avaliar a viabilidade destes algoritmos quando implementados em hardwares de baixo custo, verificando a capacidade de controle destes e a dificuldade de implementação além do desempenho do hardware frente a estas técnicas de controle.

Software's necessários

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Arduino IDE

MATLAB 2019/1

Objetivo

Implementar diferentes algoritmos de controle em hardware de baixo custo, avaliando sua viabilidade e dificuldade de implementação em bancada didática.

Objetívos Específicos

Estudar os algoritmos de controle PID 2DOF e seguimento de referência por integradores além de suas características;
Avaliar os diferentes hardwares de baixo custo disponíveis: Arduino, Raspberry e PIC.
Selecionar o hardware específico e fazer conexão com a planta didática;
Realizar o projeto dos controladores;
Implementar os algoritmos de controle;
Comparar as características básicas;
Analisar a viabilidade de cada técnica.