Desenvolvimento de uma plataforma Hardware In the Loop para simulação de sistemas em tempo real.

Abstract

Este trabalho descreve as etapas de projeto e implementação de um sistema Hardware In the Loop (HIL) de baixo custo, desenvolvido para emular o comportamento de sistemas utilizados em aplicações industriais. Ao longo do trabalho, utilizou-se um kit de desenvolvimento baseado no microcontrolador ESP32. Inicialmente, foram realizados ensaios para caracterizar a plataforma de hardware escolhida. Ao longo desses ensaios, foram analisadas as frequências máximas de amostragem e reconstrução de sinais analógicos, a resolução dos conversores analógico-digitais e digitais-analógicos, além da capacidade de processamento do microcontrolador escolhido. O controle dos períodos de amostragem e reconstrução foi realizado por um timer, responsável por gerar interrupções periódicas. Os resultados obtidos mostram que o sistema é capaz de operar a uma frequência máxima de 10 kHz, com uma resolução vertical de 12 bits para conversão AD, e 8 bits para a conversão DA. Na sequência, foram realizados ensaios comparativos entre sistemas físicos reais e sistemas emulados pela plataforma HIL proposta neste trabalho. Para isso, inicialmente utilizou-se o modelo de um tanque industrial, obtido a partir da identificação de um sistema presente na planta didática SMAR PD3-F. Finalmente, foram realizados ensaios utilizando o modelo de um filtro RC passa-baixas, comparando-se os sinais emulados pela plataforma aos medidos num sistema real, por meio de um osciloscópio digital. Os resultados mostram que a plataforma HIL foi capaz de emular, de forma adequada, o comportamento do sistema físico para os casos em que a relação entre a frequência de amostragem e a frequência do sinal de entrada foi superior a 10 vezes, e que a partir desse limite, o sistema passa a apresentar distorções que inviabilizam a utilização da plataforma.