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Terminologia - Sistemas de Controle
• Exemplo de sistema de controle: Controle de nível de um Gerador de Vapor� Se o nível não for mantido em um determinado valor o GV pode não
funcionar pois não se pode descobrir os tubos em U nem manter o nível próximo dos separadores de umidade (gera vapor com água).
Por que controlar?• Para garantir a boa operação de equipamentos e
sistemas.• Do ponto de vista de controle, com a estratégia da
realimentação: “ Garantir que uma variável de um sistema físico ou processo (resposta) seja ajustada adequadamente por meio de um sinal de erro”.
Erro: Diferença entre a resposta do sistema (medida por um sensor) e o sinal de referência (resposta desejada)
Como controlar?
O Engenheiro de Controle deve projetar controladores que modificam o sinal de erro, segundo algum critério, de forma a garantir a resposta desejada
→→→→ Critérios de projeto:•••• Rejeição a distúrbios;•••• Erro em regime estacionário;•••• Características da resposta transitória;•••• Sensibilidade a mudança de parâmetros.
Como controlar?• Desenvolver modelos adequados para o sistema,
seus sensores e atuadores com o objetivo de:
�Conhecer a dinâmica do sistema (resposta temporal)
�Projetar o controlador segundo técnicas apropriadas
Aspectos
conceituaisSistema
Físico
Modelo
matemático do
sistema
Solução do modelo
matemático
Tradução
da solução
Formulação
do problema
Processo Iterativo
Terminologia do Controle•••• Sistema: combinação de componentes que agemem conjunto para atingir determinado objetivo
Sistemas dinâmicos físicos ou abstratos
Sistemas elétricos, mecânicos, térmicos,
hidráulicos, etc.
Essencialmente sistemas econômicos
Terminologia do Controle•••• Sistema em malha fechada: o sinal de excitação
(entrada) é determinado, em parte, por certaresposta (saída) do sistema, isto é, a variávelcontrolada é medida e seu valor é enviado para ocontrolador.
A entrada é função da saída
•••• Sistema em malha aberta: o sinal de saída nãoexerce nenhuma ação de controle no sistema(sistema complementar ao de malha fechada)
Terminologia do Controle•••• Distúrbio: sinal que tende a afetar de maneira adversa o valor da variável de saída de um sistema
Distúrbios internos e externos
•••• Sensor: dispositivo de detecção ou medição de variáveis do processo
•••• Variável controlada: grandeza a ser controlada, medida pelo sensor
Sinais adicionaisde entrada
Terminologia do Controle•••• Planta: qualquer equipamento, ou parte dele, a ser controlado
•••• Atuador: dispositivo de acionamento
Bombas, válvulas, motores, chaves...
•••• Variável manipulada: grandeza que é variada pelo atuador de modo a afetar a variável controlada
Terminologia do Controle•••• Controlador: dispositivo que, a partir do sinal de erro, determina o sinal de comando para o atuador de forma a manter a variável controlada no valor desejado
Sistema de controle em malha fechada
Classes de Sistemas de Controle
Regulador: o objetivo é manter uma variável de processo a um valor constante, mesmo na presença de distúrbios
Exemplos:•••• Controle de velocidade dos geradores de
corrente alternada nas centrais de energia elétrica
•••• Sistema biológico humano•••• Controle de temperatura em estufas
Classes de Sistemas de Controle
Seguidor: o objetivo é fazer com que uma variável de processo siga uma função do tempo pré-determinada
Exemplos:•••• Sistema automático de aterrissagem de aeronaves•••• AGV (Automatic Guided Vehicle)
Malha Aberta ou Fechada?
Malha Fechada:dirigir
desenhar
Malha Aberta:dirigir
desenhar
•••• Diversas atividades do cotidiano envolvem o serhumano como parte de um sistema de controleem malha fechada
De olhos vendados!!(não há correção)
Malha Aberta ou Fechada?•••• Exemplos de sistemas em malha aberta:
Sistema de controle de velocidade de rotação de uma furadeira manual: o operador exerce umapressão maior ou menor no gatilho – não háinfluência da saída capaz de alterar a entrada deforma a manter a velocidade de rotação constantena presença de distúrbios (carga)
A correção é feita pelo operador, que aumenta a pressão no gatilho quando percebe a diminuição da velocidade de rotação (se isto for possível).
Malha Aberta ou Fechada?•••• Exemplos de sistemas em malha aberta:
Sistema de controle das operações de uma máquina de lavar roupas: as operações de molho,lavagem e enxágüe são executadas em umaseqüência pré-determinada no tempo
A lavadora não mede o sinal de saída, ou seja, nãohá verificação da qualidade da lavagem das roupas
O controle em malha aberta só pode ser utilizado quando a relação entre os sinais de entrada e saída for conhecida
totalmente e não houver nenhum distúrbio
Malha Aberta ou Fechada?
Malha Aberta:•••• Baixo custo•••• Fácil construção•••• Alta sensibilidade a mudanças de parâmetros edistúrbios externos
Malha Fechada:•••• Custo relativamente elevado•••• Rejeição a distúrbios•••• Baixa sensibilidade a mudanças de parâmetros
A estabilidade assume papelmenos significativo
A estabilidade é um problema de suma importância (correções além do necessário causam
oscilações)
Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle de velocidade (Regulador Watt):
A quantidade de combustível injetada no motor é ajustada
em função da diferença entre as
velocidades desejada e atual do motor
Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle de velocidade (Regulador Watt):
Variável controlada:velocidade do motor
Sinal atuante:suprimento de combustível
Distúrbio externo:mudanças na carga
do motor
Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle temperatura de uma estufa:
+-
Entrada (V)
(valor de referência)
Ganho
Triac
Pulsos de controle
para o Triac (Tensão
modulada por largura
de pulso)
AquecedorControlador
PID
Tensão (V)
Interface para o
aquecedor
Estufa
Amplificador
Ponte de
Wheatstone
Resistência
elétrica ( )Sensor
Tensão (V)
Tensão alternada com
ângulo de disparo
controlado (0-240V,
60Hz)
Energia na forma de
calor
Tensão (mV)
Variável controlada: Temperatura da estufaVariável manipulada: Calor fornecido pelo aquecedor
• Sistema de controle de temperatura do compartimento de passageiros de um veículo
Temperatura
desejada
(entrada) Temperatura no
compartimento
de passageiro
(saída)
ControladorAquecedor ou
ar-condicionado
Compartimento
de passageiro
Sensor
Sensor do calor
da radiação solar
Sensor
Radiação
solar
Temperatura
ambiente
Instalado no ponto em quea sensação térmica é mais
relevante
Distúrbiosexternos
(medidos)
Exemplos de Sistemas de Controle
Outras características de Sistemas de Controle
- Controle Manual x Controle Automático
• Manual: controlador é o homem.
• Automático: equipamento de controle.
- Ação de Controle “ON-OFF” (Liga-desliga) X Ação de Controle Contínuo• “ON-OFF”: A saída do controlador possui dois
valores – 0 e 100%. • CONTÍNUO: a saída do controlador varia entre 0
e 100% .
• CONTROLE ANALÓGICO
• Implementado através de circuitos eletrônicos analógicos. A saída é definida em cada unidade de tempot ϵ R
• CONTROLE • DIGITAL• Implementado
através de programação de computadores digitais que recebem o erro de forma digital e executam cálculos a fim de fornecer uma saída em forma digital.
Vantagens do uso de computadores em relação aos sistemas analógicos:• Flexibilidade para mudanças no projeto
(sft x hdw)• Visualização do processo (apresentação
de erro, variáveis, saída do controlador ao operador),
• Imunidade a ruídos,• Redução de custos (depende de EVTE)