Resultados e discussões

Medidas com osciloscópio

A seguir apresentamos os testes finais com o projeto, realizados na ultima sexta-feira (24/10/14). Iniciamos os testes fazendo os ajustes nos ganhos de controle P e I. e fizemos as medidas necessárias para verificar o controle em funcionamento. Abaixo colocamos os três principais resultados: 

A figura 1 mostra imagens do osciloscópio com a aplicação de um distúrbio (inserção e retirada de um anteparo entre o sensor LDR e o LED). Neste momento o circuito estava apenas com o controlador proporcional em funcionamento. Nota-se que ao retirar o anteparo, a saida que estava num nivel alto (tentando compensar a perda de luz) diminui uma vez que o anteparo não está masi lá. nota-se também que a saida do sensor de luz se aproxima do setpoint (como esperado) uma vez que trata-se de um controle em malha fechada. Por conta de erros no sensor e presença de luz ambiente, nota-se que o sensor fica próximo ao setpoint, mas não fica igual, isso gera um erro que pode ser visto no traço verde. Com isso demonstra-se que o controle proporcional funciona bem, mas nem sempre consegue corrigir um possivel erro de offset e por isso colocaremos a seguir o controle integral em funcionamento, na teoria se os ganhos estiverem bem parametrizados o erro estático será corrigido.

Figura 1: funcionamento somente do circuito controlador Proporcional.

A figura 2 mostra novamente a aplicação de um distúrbio entre sensor e atuados. Neste momento o circuito estava com o PI aplicado e otimizado.  Nota-se que ao retirar o anteparo, a saída que estava num nível alto (tentando compensar a perda de luz) diminui uma vez que o anteparo não está mais lá. Nota-se também que a saída do sensor de luz se aproxima do setpoint (como esperado), mas agora ela fica exatamente igual ao setpoint, o que mostra excelente controle do circuito. Nota-se também que o erro tendeu a zero como esperado. Outra observação importante é verificar a pequena oscilação na saída (undershoot) esperada para este tipo de controle. Em resumo o controlador PI completo mostrou excelente controle da variável de processo e com valores otimizados possui pouca oscilação no ponto controle. Na figura três mostraremos didaticamente o que acontece se os parâmetros do integrador estiverem muito desconfigurados.

Figura 2: funcionamento completo PI (proporcional e integral)

Prioritariamente os resultados foram apresentados na figura 1 e 2. Como parte complementar dos experimentos, modificamos  completamente o ganho do integrador na soma final da saída (ganho do somador) e observamos um aumento significativo da oscilação no ponto de controle. A figura 3 mostra esta oscilação excessiva.

Figura 3: Controlador PI com ganho errado na entrada do somador (braço do integrador!)

 Isso mostra que uma parametrização errônea, pode causar muita oscilação na saida do atuador. Para alguns sistemas como o apresentado neste trabalho, esta oscilação não é danosa, porém para sistemas como dispositivos mecânicos como motores, essa oscilação pode ser crucial para falhas graves na planta sob influencia de controle.