Ensinando Métodos de Discretização para Projeto de Sistemas de Controle: Comparação de Controladores PID em Sistemas Embarcados

Abstract

Diversas abordagens têm sido exploradas para ensinar os principais métodos de discretização de sistemas contínuos. Uma alternativa interessante para ensinar estes métodos pode ser realizada através do projeto de controladores Proporcional-Integral-Derivativos (PID). Esta investigação propõe uma análise comparativa de diferentes formas discretas do controlador PID. Inicialmente, são apresentados os aspectos teóricos dos métodos de discretização e das estruturas típicas do controlador PID na sua forma paralela e com o elemento derivativo na realimentação (PI-D). Posteriormente, foram realizadas simulações dos controladores digitais e suas diferentes implementações. Finalmente, os algoritmos discretos de PID foram embarcados em uma plataforma contendo um microcontrolador ARM® Cortex®-M4 de baixo custo. Os resultados indicam importantes ganhos educacionais demonstrando que o controlador em tempo real PI-D discretizado utilizando aproximação retangular para a frente para o termo integrativo e a regra retangular para trás para o termo derivado representa o melhor compromisso entre custo computacional e estabilidade.