Desenvolvimento de protótipo e gêmeo digital como ferramenta para um laboratório virtual com foco em modelagem e controle de sistemas dinâmicos

FARIAS, Oséias Dias de

Trabalho de Curso - Graduação - Monografia

Desenvolvimento de protótipo e gêmeo digital como ferramenta para um laboratório virtual com foco em modelagem e controle de sistemas dinâmicos

This work presents a comprehensive virtual laboratory for the study of control systems, which combines the integration of a physical prototype, 3D simulator and an interactive graphical interface. The motivation for this project lies in the intrinsic complexity associated with understanding control...

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Autor principal:	FARIAS, Oséias Dias de
Grau:	Trabalho de Curso - Graduação - Monografia
Publicado em:	2024
Assuntos:	Aeropêndulo Identificação de sistema Protótipo Simulador Gêmeo digital Aeropendulum System identification Prototype Simulator Digital twin CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO
Acesso em linha:	https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/6944

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spelling	oai:https:--bdm.ufpa.br:8443:prefix-69442025-01-22T14:28:34Z Desenvolvimento de protótipo e gêmeo digital como ferramenta para um laboratório virtual com foco em modelagem e controle de sistemas dinâmicos FARIAS, Oséias Dias de TEIXEIRA, Raphael Barros http://lattes.cnpq.br/4902824086591521 https://orcid.org/0000-0003-2993-802X Aeropêndulo Identificação de sistema Protótipo Simulador Gêmeo digital Aeropendulum System identification Prototype Simulator Digital twin CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO This work presents a comprehensive virtual laboratory for the study of control systems, which combines the integration of a physical prototype, 3D simulator and an interactive graphical interface. The motivation for this project lies in the intrinsic complexity associated with understanding control systems, which often presents challenges, especially for students who need to overcome the barrier of abstracting physical systems in terms of mathematical equations. To develop the project, an Aeropendulum prototype was implemented, complete with a set of software that allows the user to interact with the physical system, enabling the user to make changes to the system’s parameters in real time. In addition, a digital twin was developed to mirror the dynamics of the Aeropendulum prototype using a 3D simulator. Finally, tests were carried out to validate the laboratory, including: application of system identification using discrete transfer function and least squares and closed loop testing with a PID controller. The project has been hosted on GitHub in order to disseminate knowledge and allow enthusiasts, students and researchers to have access to the complete project, The combination of prototypes, simulators, graphical interface and integration of various Electrical Engineering disciplines creates an engaging and effective learning environment for the study of control systems. This approach reduces students’ initial resistance and promotes a deeper understanding of the concepts and applications in this area. Through practice, students can see the relevance of mathematical abstractions in solving real problems, preparing them to deal with complex and challenging control systems. Este trabalho apresenta um laboratório virtual abrangente para o estudo de sistemas de controle, que combina a integração de um protótipo físico, simulador 3D e uma interface gráfica interativa. A motivação para este projeto reside na intrínseca complexidade associada à compreensão de sistemas de controle, que frequentemente apresenta desafios, sobretudo para estudantes que precisam transpor a barreira de abstrair sistemas físicos em termos de equações matemáticas. Para o desenvolvimento do projeto foi implementado um protótipo do Aeropêndulo completo com um conjunto de software que permite a interação do usuário com o sistema físico, possibilitando ao usuário realizar modificações nos parâmetros do sistema em tempo real, além disso, foi elaborado um gêmeo digital para espelhar a dinâmica do protótipo do Aeropêndulo a partir de um simulador 3D, por fim, foi realizado testes para a validação do laboratório, sendo eles: aplicação de identificação de sistema usando função de transferência discreta e mínimos quadrados e teste em malha fechada com controlador PID. O projeto foi hospedado no GitHub, a fim de disseminar o conhecimento e permitir que entusiastas, estudantes e pesquisadores tenham acesso ao projeto completo, A combinação de protótipos, simuladores, interface gráfica e integração de diversas disciplinas da Engenharia Elétrica cria um ambiente de aprendizado envolvente e eficaz para o estudo de sistemas de controle. Essa abordagem reduz a resistência inicial dos alunos e promove uma compreensão mais profunda dos conceitos e aplicações dessa área. Por meio da prática, os estudantes podem perceber a relevância das abstrações matemáticas na resolução de problemas reais, preparando-os para lidar com sistemas de controle complexos e desafiadores. 2024-03-28T14:42:41Z 2024-03-28T14:42:41Z 2023-12-11 Trabalho de Curso - Graduação - Monografia FARIAS, Oséias Dias de. Desenvolvimento de protótipo e gêmeo digital como ferramenta para um laboratório virtual com foco em modelagem e controle de sistemas dinâmicos. Orientador: Raphael Barros Teixeira. 2023. 64 f. Trabalho de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Faculdade de Engenharia Elétrica, Campus Universitário de Tucuruí, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2023. Disponível em: https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/6944. Acesso em:. https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/6944 Acesso Aberto Disponível na Internet via Sagitta
institution	Biblioteca Digital de Monografias - UFPA
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