Controle de velocidade em malha fechada para atuador de uma minibomba peristáltica aplicada a biossensores spr

Abstract

Neste trabalho, é apresentado o estudo e implementação de estratégias de controle em malha fechada para compensação da velocidade de rotação de uma minibomba peristáltica. O objetivo é minimizar distúrbios de cargas inerentes ao modo de atuação e que induzem variações no fluxo de saída. A minibomba foi fabricada em substrato plástico, por meio de impressão 3D, apresenta fácil manutenção, baixo consumo de energia e capacidade de reprodução em escala industrial. O modo de ação usado para deslocar fluido, baseia-se em movimentos peristálticos, através da compressão sucessiva de um tubo flexível. Um modelo matemático representativo da dinâmica de operação da minibomba foi obtido. Com base nesse modelo, duas estratégias de controle clássico foram propostas, sendo um controlador PI (Proporcional Integral) e PID (Proporcional Integral e Derivativo). Os parâmetros de sintonia dos controladores foram obtidos por meio de simulações. As estratégias de controle foram implementadas em um microcontrolador através de uma rotina de programa. Para realizar o controle em malha fechada, o microcontrolador fornece pulsos de excitação para o circuito de acionamento do motor na mesma frequência determinada pela ação de cada controlador. Um sensor de efeito hall mensura a velocidade de rotação do eixo do motor e atualizada a rotina de programa. Os resultados obtidos demonstram que as estratégias propostas apresentam condições de desempenho satisfatórias. Ambas foram testadas separadamente e são capazes de manter a velocidade de rotação da minibomba estabilizada em função de uma trajetória de referência pré-estabelecida, cujo intervalo de rotação varia de 150 rpm até 190 rpm. A faixa dinâmica da taxa de fluxo foi determinada entre 8,777 ml/min até 15,756 ml/min para um tubo flexível com diâmetro interno de 2,06 mm.