Este trabalho apresenta um sistema de levitação magnética ativo como módulo educacional, que é composto basicamente de um eletroímã responsável pela atração do corpo, compensando o efeito da força gravitacional. O alto custo para a implementação de laboratórios de controle e automação, impossibilita muitas universidades de apresentarem aos alunos aplicações das teorias discutidas em sala de aula. Entretanto, o trabalho conjunto entre alunos e professores para a construção do próprio laboratório possibilita o preenchimento desta lacuna. Por se tratar de uma planta instável, o projeto do compensador que estabilize o sistema é mais desafiador em relação ao das plantas naturalmente estáveis. O sistema possui ainda a vantagem de possibilitar o uso de quaisquer tipos de controladores, permitindo a avaliação experimental das respostas transitórias. Devido as suas características e envolvimento de conhecimento necessário à sua implementação, o levitador magnético se apresenta como um módulo a ser utilizado em várias especialidades da engenharia, como por exemplo, engenharia de sistema de controle. O trabalho mostra diferentes partes do sistema, abordando dificuldades, bem como, alternativas na construção de cada uma delas. Aborda ainda as características da estabilidade da planta e sugere uma estratégia de controle para a mesma.

O processo de construção do levitador magnético foi subdividido em etapas de construção, possibilitando assim a evolução gradual de conhecimento dos participantes do projeto. Basicamente essas etapas podem ser apresentadas como: escolha e construção do sensor de posição mais adequado, montagem do atuador, montagem da estrutura física do sistema e a avaliação final com um controlador externo. Vale ressaltar que a resposta transitória experimental obtida com o auxílio do LabView, é comparada com a resposta simulada na avaliação final. É notório que a cada etapa de execução do projeto, era possível extrair grande parte do conteúdo da engenharia de controle, bem como princípios físicos a respeito do funcionamento de cada parte ou componente do sistema.

O trabalho atingiu seu objetivo principal que era desenvolver e aperfeiçoar os conhecimentos em eletromagnetismo, instrumentação eletrônica, processamento e controle, dentre outras especialidades que embasam o experimento. Cada etapa de construção do levitador possibilitava aos alunos envolvidos uma visão prática e funcional. A primeira etapa foi de escolha e construção do sensor de posição mais adequado que possibilitou aos participantes o contato direto com os sensores mais utilizados, já que foram realizados testes utilizando diversos sensores, onde o sensor óptico do tipo fotoelétrico foi considerado mais adequado, devido a sua larga faixa de medição e precisão. Na montagem do atuador, os alunos tiveram a oportunidade de construir um circuito de PWM e um conversor DC/DC. A montagem da estrutura física do sistema possibilitou uma noção geral de organização e disposição dos componentes. Finalmente, na montagem do controlador externo, os alunos aprenderam que um sistema naturalmente instável pode ser estabilizado com uma sintonia adequada do controlador, além de comprovar a influência dos parâmetros proporcional, integral e derivativo, nas respostas transitória e em regime permanente do sistema. É importante ressaltar que o módulo educativo do levitador magnético é disponibilizado no laboratório de controle e automação da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, mostrando-se uma alternativa de baixo custo e de qualidade para a solução do problema apresentado.

O processo de construção proporcionou aos estudantes envolvidos uma evolução gradativa de conhecimento, visto que durante a construção do projeto foi possível verificar, de forma clara e eficaz, toda a teoria de controle, bem como os conceitos de eletromagnetismo. A construção de um módulo educativo de um levitador magnético se apresenta como eficaz alternativa de estudo, a estudantes e professores da área de engenharia de sistemas de controle, pois proporciona um efeito visual atrativo, que estimula a curiosidade e o interesse dos alunos a questionar, pesquisar e absorver grande parte dos conceitos envolvidos em engenharia de controle e eletromagnetismo. Além disso, o levitador magnético ativo é um ótimo exemplo de sistema instável e proporciona ao estudante a oportunidade de dominar os princípios de construção de levitadores magnéticos, que são cada vez mais utilizados na indústria e nos transportes , dentre outras áreas.

Instituição de fomento: SESu/MEC

Trabalho de Iniciação Científica