Controle na Engenharia: aplicativo auxilia no ensino de sistemas de controle

Com a transformação do sistema educacional nos últimos anos, intensificada pelo advento da pandemia de COVID-19, o ensino remoto evidenciou a necessidade de novas maneiras de ensinar e aprender, principalmente quando se trata de conteúdos que requerem atividades laboratoriais para complementar o processo de aprendizagem.

As disciplinas relacionadas a sistemas de controle possuem, em sua maioria, atividades práticas laboratoriais e de simulação computacional, que auxiliam o aluno a consolidar conceitos teóricos aprendidos em sala de aula. Diante das consequências inerentes à pandemia de COVID-19, estas atividades foram impossibilitadas, o que motivou a criação do aplicativo denominado “Controle na Engenharia”.

O aplicativo “Controle na Engenharia” surgiu a partir da necessidade de existência de uma ferramenta de apoio para o ensino de conteúdos relacionados com sistemas de controle durante o período de ensino remoto. Desse modo, sua criação surgiu como instrumento complementar aos conteúdos relacionados ao referido tema.

Inicialmente, sua aplicação foi direcionada ao curso de Engenharia Aeroespacial da UFABC e, posteriormente, seu uso também foi expandido ao curso de Engenharia de Instrumentação, Automação e Robótica da Universidade. Já se sabe que a ferramenta possui potencial para integrar recursos para demais cursos de engenharias ou, ainda, outros cursos cujo conteúdo esteja relacionado com sistemas de controle.

O processo de ensino e aprendizagem tornou-se mais difícil durante as aulas não presenciais diante da dificuldade enfrentada por alunos com pouco conhecimento em programação e com pouca disponibilidade de softwares de simulação computacional adequados.

Assim, o objetivo principal da criação do aplicativo é dispor ao professor uma ferramenta adicional para ser utilizada durante as aulas no sentido de viabilizar, de forma simples e direta, exemplificação acerca dos conceitos básicos sobre sistemas de controle, bem como ser uma ferramenta auxiliar de estudo para o aluno, tanto durante a aula quanto fora dela.

Espera-se também que o aplicativo atue como um elemento motivador para o aluno, trazendo exemplos resolvidos, interatividade e contextualização do conteúdo com aplicações práticas relacionadas à sua área de atuação.

Passado o período de atividades remotas, observa-se que, mesmo em dinâmica de aulas presenciais, o aplicativo também pode ser utilizado, por meio de exemplos aplicados contendo simulações interativas, que facilitam o aprendizado. Como recurso motivador do aluno em sala de aula, possibilita a visualização de forma simples e prática, tanto de conceitos teóricos com linguagem acessível, quanto de resoluções de exercícios e simulações interativas em tempo real. Para os estudantes, além de ampliar participação nas atividades propostas em sala de aula, o aplicativo “Controle na Engenharia” também motiva a autonomia estudantil no processo de aprendizagem.

Funcionalidades do aplicativo “Controle na Engenharia”

No aplicativo, observa-se que os conteúdos estão separados em módulos, vinculados às áreas as quais os exemplos interativos estão relacionados. Atualmente existem dois módulos operantes: (I) Aeroespacial e (II) Controle e Automação.

O módulo Aeroespacial conta com oito trilhas de conteúdos:

1. Introdução;

2. Tipos de Entradas;

3. Tipos de Sistemas;

4. Tipos de Sistemas de Segunda Ordem;

5. Estabilidade;

6. Tipos de Controle;

7. Controles Proporcionais;

8. Galeria de Exemplos

Cada trilha contém conteúdo teórico, exemplos resolvidos e gráficos interativos e abrange temas como: sistemas lineares e invariantes no tempo, funções de transferência, entradas impulso, degrau, rampa e teorema da superposição, comportamento dinâmico de sistemas de primeira e segunda ordens, estabilidade de sistemas dinâmicos lineares, controle em malha aberta e malha fechada e projetos de controladores dos tipos proporcional (P), proporciona-derivativo (PD), proporcional-integral (PI) e proporcionalintegral-derivativo (PID).

Na função ‘Galeria de Exemplos’ é possível acessar os exemplos resolvidos de todas as trilhas, permitindo, inclusive, que o usuário possa acessá-los de forma direta, sem a necessidade de passar pela teoria.

O módulo Controle e Automação conta com mais cinco trilhas de conteúdos:

1. Introdução,

2. Tipos de Entradas,

3. Lugar das Raízes,

4. Projetos e

5. Galeria de Exemplos.

Este módulo apresenta definição do Lugar geométrico das raízes e projetos de compensadores utilizando o lugar geométrico das raízes: compensador por avanço de fase. Ele também contém a visualização de um experimento real, realizado em laboratório. Nele é possível verificar diferentes comportamentos de uma planta didática (Motor DC), de acordo com os diversos ganhos aplicados no sistema.

No aplicativo, os conteúdos teóricos são apresentados em formato de tópicos, de forma resumida e com linguagem acessível, para que o usuário tenha acesso às principais informações sobre o conteúdo que deseja estudar, abrangendo desde usuários sem conhecimento prévio dos assuntos, até pessoas com conhecimento mais avançado.

O usuário pode responder questões simples relacionadas ao conteúdo apresentado, de forma a testar seu conhecimento sobre o tema. Ao responder à questão o usuário é informado se acertou e, em caso de erro, será informado da resposta correta, junto com uma breve explicação sobre o assunto.

Figura 2. Exemplo de interatividade – Comportamento do sistema estudado para diferentes valores de ganho, com gráficos interativos. Fonte: Autora(es)

Cada assunto traz exemplos de aplicação resolvidos de forma detalhada, relacionados aos cursos, de forma contextualizada, o que possibilita ao aluno uma compreensão da aplicação direta do conteúdo estudado na vida real.

Os exemplos resolvidos também contam com gráficos interativos, de forma que o usuário pode de forma fácil, sem a necessidade de programação, visualizar o comportamento dos sistemas estudados, alterar parâmetros e verificar as modificações no comportamento do sistema em tempo real.

Essa dinâmica interativa proporcionada pelo aplicativo auxilia tanto o professor quanto o aluno durante o processo de aprendizado, pois, por meio das simulações, é mais fácil verificar os diferentes comportamentos do sistema em sala de aula, sem a necessidade de acesso a softwares de simulação computacional, somente utilizando um celular ou tablet com sistema Android.

O aplicativo também possui pesquisas de satisfação para cada trilha de conhecimento. Desta forma, espera-se que a comunidade acadêmica possa utilizar o aplicativo e retornar possíveis melhorias que serão implementadas ao longo do tempo.

Neste momento, o projeto busca apoio da comunidade acadêmica para sua utilização e avaliação. Nesse sentido, têm sido desenvolvidas estratégias de divulgação por meio de diferentes meios de comunicação. A ideia é ampliar o alcance e uso do aplicativo e coletar mais resultados e percepções acerca de sua utilização. Até o momento, o retorno foi positivo. Tanto docentes quanto discentes se mostraram satisfeitos com o aplicativo e as sugestões de melhoria já estão sendo estudadas.

O projeto de criação do aplicativo “Controle na Engenharia” espera obter amplo retorno da comunidade acadêmica. Todas e todos estão convidados a acessar, avaliar e divulgar esta ferramenta.

O aplicativo “Controle na Engenharia” foi desenvolvido utilizando a plataforma Android, o que possibilita amplo acesso à comunidade em geral, por meio de celulares e tablets e encontra-se disponível na Play Store [1]. Para instalar, basta acessar: ufabc.net.br/ appcontrolenaengenharia

Figura 3. Exercício resolvido passo a passo. Fonte: Autora(es)

Figura 4. Interatividade – Gráfico variando de acordo com os parâmetros escolhidos. Fonte: Autora(es)

Figura 5. Imagem de usuário utilizando o aplicativo Controle na Engenharia. Fonte: Autora(es)

Referência

[1] Acesso ao aplicativo via Play Store (para dispositivos Android)
https://play.google.com/store/apps/ details?id=com.icufabc.scea&hl=pt_BR&gl=US.

Autora

Heloise Assis Fazzolari
Professora Doutora vinculada ao Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS) da Universidade Federal do ABC
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Autores

Alfredo Del Sole Lordelo
Professor Doutor vinculado ao Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS) da Universidade Federal do ABC
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Luan Felipe Sampaio
Bacharel em Ciência e Tecnologia pela Universidade Federal do ABC Estudante de Iniciação Científica vinculado ao curso de Engenharia Aeroespacial da UFABC
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