Modelagem experimental e avaliação de estratégias de controle para uma estufa de cura de resina.

Abstract

O processo de cura térmica de resinas em motores elétricos influencia diretamente a qualidade do sistema isolante, o consumo energético e a produtividade industrial. Em linhas de produção, minimizar o tempo de ciclo e o desperdício de energia são fatores cruciais para a redução dos custos operacionais. Neste trabalho, foi realizada a modelagem experimental de uma estufa de cura por convecção forçada a partir de ensaios em diferentes tensões de alimentação. Os modelos obtidos foram utilizados no projeto de controladores sintonizados pela metodologia Internal Model Control (IMC). Adicionalmente, foi avaliada a utilização de uma ação feedforward baseada no inverso do ganho estático da planta. Os modelos identificados apresentaram variação de aproximadamente 66,5% no ganho estático da planta entre os pontos de operação avaliados, enquanto a constante de tempo dominante variou cerca de 17,3%. Com base nessa característica, foi avaliada também uma estratégia de ajuste contínuo do ganho proporcional, proposta neste trabalho e designada por PID-∆T. O desempenho das estratégias foi avaliado por simulação considerando o tempo para atingir a referência, overshoot e consumo energético. Os resultados indicaram que o controlador PID-∆T apresentou melhor relação entre o tempo para atingir a referencia e eficiência energética, superando o controlador IMC convencional e as topologias com feedforward avaliadas.

The thermal curing process of resins in electric motors directly influences the quality of the insulation system, energy consumption, and industrial productivity. In manufacturing environments, reducing cycle time and energy waste is essential to lowering operational costs. In this work, an experimental model of a forced-convection curing oven was obtained from tests conducted at different supply voltages. The identified models were used to design controllers tuned according to the Internal Model Control (IMC) methodology. In addition, a feedforward control action based on the inverse of the plant static gain was evaluated. The identified models exhibited a variation of approximately 66.5% in the plant static gain, whereas the dominant time constant varied by about 17.3% among the evaluated operating points. Based on this characteristic, a continuous proportional gain adjustment strategy, proposed in this work and referred to as PID-∆T, was also evaluated. The control strategies were assessed through simulations considering the time required to reach the reference, overshoot, and energy consumption. The results indicated that the PID-∆T controller achieved the best trade-off between reference tracking time and energy efficiency, outperforming the conventional IMC controller and the evaluated feedforward topologies.