Projeto de Laboratório Remoto para Aulas de Controle

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Kátia Figueira de Almeida
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1 Projeto de Laboratório Remoto para Aulas de Controle Apresentador: Matheus Nothen de Medeiros Orientador: Prof. Dr. Frederico Menine Schaf Co-autores: Leandro Tomé Martins, Vinícius Trentin e Gilberto Gonçalves INTRODUÇÃO Muitas vezes em sala de aula, os conceitos de Sistemas de Controle são passados aos alunos somente de forma teórica. Isto dificulta a assimilação dos conteúdos pelos alunos. Por este motivo, uso de laboratórios remotos tem despertado o interesse de muitos educadores para utilizá-lo como ferramenta de ensino, pois o mesmo permite que os alunos vivenciem na prática, remotamente, os conceitos vistos em sala de aula. Esta prática remota gera um maior interesse por parte dos alunos no aprendizado. Laboratório remotos disponibilizam experimentos práticos nos quais conhecimentos de aula se aplicam. O experimento pêndulo invertido é um problema clássico de controle (vide figura 1). Localizados geralmente dentro de universidades, laboratórios remotos são ambientes virtuais no qual um cliente, em qualquer lugar do mundo, pode acessar e efetuar experimentos em algum tipo de bancada e/ou equipamento real. Esta caracterítica eé conhecida popularmente como anywhere anytime. O pêndulo invertido é um sistema físico dinâmico que consiste basicamente em um pêndulo comum instalado sobre uma plataforma que pode mover-se horizontalmente; diferencia-se de um pêndulo comum, pois objetiva-se inverter o pêndulo de tal forma que este se mantenha estável na posição vertical. Figura 1: Pêndulo Invertido

2 Para se manter o pêndulo na posição invertida é utiliza-se um sistema de controle realimentado, que move a plataforma de tal forma a equilibrá-lo na posição desejada. O funcionamento é analogo ao de uma pessoa tentando equilibrar uma vassoura invertida na ponta de um dos dedos da mão. OBJETIVOS Este projeto tem como objetivo principal desenvolver um sistema que possibilite que uma ferramenta clássica do ensino de controle, o pêndulo invertido, seja disponibilizada em um ambiente remoto. Com este sistema objetiva-se que o aluno tenha foco no problema proposto de controle sem perder a motivação de ver o resultado das leis empregadas na prática. Usufruindo de um canal aberto na Web que mostrará o funcionamento do pêndulo 24 horas por dia, busca-se também alcançar uma maior divulgação do curso e consequentemente da universidade, possibilitando que alunos interessados tenham uma maior noção do que é controle ao ingressarem na faculdade. Busca-se ainda com este canal, reduzir assim a alta taxa de evasão de alunos dos semestres iniciais. Em um segundo momento, após ter uma ferramenta funcional e estável, objetiva-se analisar o comportamento de duas turmas distintas da cadeira de controle, sendo que a uma delas será disponibilizada uma ferramenta de simulação computacional enquanto a outra terá acesso ao laboratório remoto. Findado este processo, será possível analisar se os alunos que observaram o funcionamento do pêndulo na prática estiveram mais dedicados à disciplina (através de relatórios de acesso ao sistema) e se isso acarretou em uma variação no desempenho da turma. Como metas para este projeto propõe-se: Criar um ambiente virtual onde alunos possam acessar e trabalhar remotamente com um pêndulo invertido, localizado na universidade; Publicar um artigo no periódico internacional altamente qualificado IEEE Transactions on Education com os resultados obtidos na comparação entre as turmas que utilizaram diferentes ferramentas, como forma de compartilhar as experiências obtidas com este projeto. REFERENCIAL TEÓRICO E METODOLOGIA O interesse por aplicações distribuídas na Internet aumentou consideravelmente nos últimos anos. Laboratórios remotos tornaram-se viáveis, de fato, através da Internet

3 (Zeilmann, 2002), (Ferreira et al., 2002), (Casini et al., 2004) e segundo Cooper (2000) são uma alternativa educacional viável. Estes têm sido usados como ferramentas de apoio a disciplinas teóricas. Assim, o uso de laboratórios remotos em disciplinas curriculares deve ser feito de maneira a se controlar e identificar todos os usuários e seus respectivos experimentos. Isso permite uma avaliação mais próxima da que se conseguiria em um laboratório presencial. A experimentação remota tem a vantagem de oferecer ao usuário situações e fenômenos que são difíceis ou impossíveis de simular, permite, também, lidar com problemas e características exclusivas dos sistemas reais e.g., não-linearidades e variância temporal - e, através delas, adquirir experiência em situações de utilidade prática e profissional. Além do mais, no dia-a-dia do engenheiro que trabalha na indústria, o contato com processos mais complexos se faz à distância, através de uma interface homem-máquina. O ensino a distância tradicional pode ser complementado com o uso de laboratórios remotos. Aplicações como as do LEARn-UnB (Laboratório de Ensino de Automação Remoto da UnB) (Freitas, 2003), são consideradas altamente eficientes do ponto de vista educacional, pois oferecem níveis elevados de interação com o usuário. Recursos de tempo real, como streaming de vídeo, áudio, dados e resposta gráfica do sistema são utilizados para proporcionar maior interatividade ao sistema. No atual contexto do experimento, tais elementos encontram-se disponíveis para o usuário remoto, permitindo que o mesmo obtenha resultados bastante semelhantes àqueles obtidos nos laboratórios convencionais, com exceção, é claro, aos produzidos por contato físico com o sistema. O uso de experimentos e laboratórios remotos no mundo encontra-se em pleno crescimento. Atualmente, há uma enorme quantidade de experimentos remotos disponíveis em universidades e laboratórios de pesquisa de diversos países (Casini et al., 2004). Tal fato, além de comprovar o crescimento da utilização das técnicas de experimentação remota, serve como ferramenta de apoio ao ensino dos mais diversos assuntos ao redor do mundo. Isto porque, em sua grande maioria, tais experimentos estão disponíveis para utilização por qualquer usuário conectado à Internet, independente de sua nacionalidade, de vínculos universitários e institucionais, ou mesmo de interesses no tópico abordado pelo experimento. Essa introdução tange as informações retiradas da Internet (Freitas, 2004), as quais aumentam a nossa visão do que o laboratório é, e qual a sua funcionalidade.

4 No que tange as vantagens de se utilizar laboratórios remotos como ferramentas de aprendizado pode-se citar o seguinte: Em contraste a um sistema simulado, o laboratório remoto expõe o usuário a um sistema real em funcionamento, gerando motivação adicional para realizar os experimentos desejados ou propostos. O laboratório remoto é mais conveniente do que o laboratório presencial, visto que o usuário pode acessá-lo de qualquer local com acesso à Internet, não necessitando deslocar-se ao laboratório físico. Permite-se o uso do ambiente virtual e dos recursos do laboratório 24 horas por dia, podendo o usuário beneficiar-se do sistema a qualquer momento, e não somente no horário formal de aulas. Qualquer um pode visualizar o laboratório sendo utilizado, professores podem observar alunos estudando, alunos podem aprender com o experimento alheio e inclusive usuários leigos podem observar apenas por curiosidade. A tabela 1 abaixo resume e compara algumas vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de laboratórios. Para mais informações vide Nedic et al. (2003). Tipo de Laboratório Vantagens Desvantagens Real Dados Reais Presencial Interação com o Supervisor Requer agendamento Requer supervisão Custo elevado Simulado Remoto Dados Idealizados Interação média Baixo custo Interação com o equipamento Dados reais Custo médio Sem restrição de tempo Dados Idealizados Pouco trabalho em equipe Sem equipamentos reais Presença apenas Virtual Tabela 1: Tabela comparativa entre diferentes tipos de laboratórios segundo Nedic et al. (2003). RESULTADOS ALCANÇADOS E PÚBLICO ENVOLVIDO Como o projeto ainda está em execução, não temos resultados, este se encontra no desenvolvimento. Por enquanto, o público envolvido são alunos do curso de Engenharia de Controle e Automação, que estão desenvolvendo o projeto. Futuramente deseja-se expandir o projeto para todos os alunos e até outras universidades.

5 INDICADORES DE AVALIAÇÃO UTILIZADOS Os indicadores utilizados são as notas semestrais dos alunos, analisadas antes e depois da aplicação deste projeto nas escolas. Além disso, realizar entrevistas com os professores das disciplinas de controle para verificação da motivação dos alunos antes e depois da aplicação da sistemática deste projeto. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASINI M.; PRATTICHIZZO D.; VICINO A. The Automatic Control Telelab: A Webbased technology for Distance Learning. IEEE Control Systems Magazine, [S. l.], v. 24, p , Jun COOPER, M. The Challenge of Practical Work in a euniversity Real, virtual and remote experiments. In: INFORMATION SOCIETY TECHNOLOGIES (IST), Proceedings... Nice, França, Nov FERREIRA, J. M. M.; COSTA, R. J.; ALVES G.; COOPER, M. The PEARL Digital Electronics Lab: Full Access to the Workbench via the Web. In: ANNUAL CONFERENCE ON INNOVATIONS IN EDUCATION FOR ELECTRICAL AND INFORMATION ENGINEERING (EAEEIA), 13, 2002, Proceedings... York, Inglaterra, Abr FREITAS, A. A. (2003), Arquitetura de Laboratório Remoto com Banco de Dados e Controle no Espaço de Estados. Projeto de Graduação em Engenharia de Controle e Automação Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília NEDIC, Z.; MACHOTKA, J.; NAFALSKI, A. Remote laboratories versus virtual and real laboratories. In: FRONTIERS IN EDUCATION, FIE rd Annual. [S.l.: s.n.], v. 1, p. T3E 1 T3E 6 Vol.1. ISSN ZEILMANN, R. P. Uma estratégia para controle e supervisão de processos industriais via Internet, p. Tese (Mestrado em engenharia) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2002.

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