Scilab, Scicos e Rltool: Softwares Livres no Ensino de Engenharia Elétrica

Scilab, Scicos e Rltool: Softwares Livres

no Ensino de Engenharia Elétrica

Elaine de Mattos Silva1 Jos ´e Paulo V. S. da Cunha2

1_{Departamento de Sistemas e Computac¸ ˜ao} 2_{Departamento de Eletr ˆonica e Telecomunicac¸ ˜oes}

Faculdade de Engenharia

Organização

1. Introdução

2. Sistema Operacional Linux 3. Scilab

4. Scicos

5. Simulações com Scilab e Scicos 6. Rltool

7. Aplicação em Controle 8. Conclusões

Introdução

I Uso crescente de computadores no ensino de engenharia: . Redução do custo do hardware

. Softwares de alto desempenho:

? Computação numérica,

? Computação gráfica,

? Simulação,

Introdução

I Software comercial:

. Problema: Alto custo de aquisição e manutenção.

I Software livre:

. Alternativa quando recursos financeiros são escassos

. Exemplos:

? Sistema operacional Linux,

? Software de cálculo numérico Scilab,

? Software gráfico Xfig,

? OpenOffice,

Sistema Operacional GNU/Linux

I Opção em Universidades em países em desenvolvimento . Baixo custo de implantação

. Eficiência, confiabilidade e flexibilidade

. Grande quantidade de aplicativos (Projeto GNU)

. Suporte a sistemas em tempo real: RT-Linux e RTAI

Sistema Operacional GNU/Linux

I Para estimular o uso na Faculdade de Engenharia/UERJ . Bolsas de estágio interno:

? Instalação de sofware livre no laboratório

? Estudo do sistema

? Elaboração de apostila e slides

? Cursos para alunos de graduação

I Resultados:

. Muitos inscritos no curso

Scilab

I Software de cálculo numérico desenvolvido pelo INRIA e

ENPC

I Scilab Consortium: . Axs Ingénierie

. Dassault Aviation

. PSA Peugeot Citroën

. Renault

. etc.

Scilab

I Bibliotecas:

. Álgebra linear

. Polinômios e frações racionais

. Integração Numérica . Funções gráficas . Controle . Processamento de sinais . etc. I Interpretador de comandos

Scilab

I Curso de Introdução ao Scilab:

. Revisão de cálculo numérico e simulação

. Apresentação do Scilab

. Aplicação no curso de Engenharia Elétrica

. Aplicações profissionais

I Baseado na apostila (Pires, 2004) — UFRN I Foram preparados slides

Scicos

I Simulação de sistemas dinâmicos I Diagramas de blocos e elétricos

Simulação com Scilab

I Exemplo: conversor buck (Mohan, Undeland and

Robbins, 1995) 1KΩ vi (t) L i 5µ H r =_L Ω v C + − Ω 1 R load v oi + − C = 0,1 F snub µ R = 100_snub Ω C = 100µF + − d V = 8V L = −+ 1 m

Simulação com Scilab

I Simulação do circuito simplificado - chaveamento ideal

1 R load Ω L =5µH L i r =_L 1 mΩ −+ v oi(t) v C + − C = 100µF

I Solução da equação de estado usando a função ODE :

dx(t) dt = Ax(t) + bvoi(t)  i   r_{L 1}   ₁ 

Simulação com Scilab

Simulação com Scicos

I Equação de estado representada por diagrama de blocos I Usou-se o circuito simplificado

v /L_oi r /L_L V (t)_C V (t) oi 1/RC 1/C 1/L L i (t) − − + − − + + − + − 0.75 0.75 1e−3/5e−6 1/100e−6 1/5e−6 1/5e−6 pulsos v_control Mux i (t) MScope 8 1/(100e−6*1) v (t)_C L

Simulação com Scicos

I Simulação orientada pelo diagrama elétrico

I Linguagem Modelica encontra-se em desenvolvimento I Circuito completo, com MOSFET e diodo freewheeeling

Fonte de corrente control − + − + − + − + 4MV R=1e6 L=5e−6 R=0.001 A R=100 C= 0.1e−6 C= 100e−6 R=1 V V D S2 Mosfet IRFD110 15 Modulador PWM Mux MScope S1 G R=1000 vo (+) vo (−) vi Conversor sinal/tensão pulsos 8V 0.75 v

Resultados das Simulações

I Comparação das duas respostas:

v (V)_oi v (V)_C i (A)_L t (ms) t (ms) 0.0−1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + 0.0 + 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 9.3 10.0 5.0 5.8 6.5 7.2 7.9 8.6 4.4 3.7 3.0 L C t (ms) t (ms) i (A) v (V) V (V)_oi 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 3.0 3.7 4.4 5.1 5.8 6.5 7.2 7.9 8.6 9.3 10.0 +

Rltool

I Integra comandos para análise, projeto e simulação de

sistemas de controle

I Inclusão e remoção de

Aplicação em Controle

I Regulador para a tensão do conversor buck :

L C i (A) v (V) v (V) oi t (ms) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + 2 3 4 5 6 7 8 −1

Conclusões

I Ambiente integrado com Linux, Scilab, Scicos e Rltool

I Adequado a cursos de graduação e aplicações profissionais I Auxílio ao desenvolvimento em eletrônica e controle

I Prós:

. Código aberto

. Toolboxes desenvolvidos por diversos colaboradores

. Trabalho amigável com polinômios

. Adequado a diversas plataformas

I Deficiências:

. Scicos e interfaces gráficas

Referências

Refer ˆencias

Mohan, N., Undeland, T. M. and Robbins, W. P. (1995), Power

Electronics: converters, applications, and design, 2nd edn, John Wiley & Sons.

Pires, P. S. M. (2004), Introdução ao Scilab. Disponível em http://www.dca.ufrn.br/˜pmotta.