apostila controle - 01 - introdução

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Controle de Sistemas Mecânicos Controle de Sistemas Mecânicos  Metodologia do curso  Sistemas de controle  Controle de Sistemas Mecânicos  Malha aberta  Malha fechada  Realimentação  Exercícios 

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5/7/2018 Apostila Controle - 01 - Introdução - slidepdf.com

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Controle de Sistemas Mecânicos Controle de Sistemas Mecânicos 

Metodologia do curso 

Sistemas de controle 

 

Controle de Sistemas Mecânicos 

Malha aberta  Malha fechada 

Realimentação 

Exercícios 

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Metodologia do curso Metodologia do curso 

Objetivos 

Conteúdo 

Avaliação 

Controle de Sistemas Mecânicos 

Cronograma 

Uso do Ensino Aberto 

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Objetivos Objetivos 

Transmitir o conhecimento básico da área de controle de

sistemas lineares no tempo contínuo

Envolve o controle clássico baseado no uso de funções detransferência e uma introdução ao controle moderno com

Controle de Sistemas Mecânicos 

ase na rea men aç o e es a os

Serão estudadas várias aplicações ao longo do curso,voltadas principalmente para sistemas mecânicos e eletro-mecânicos

Como ferramenta computacional de simulação e análise, oprograma MATLAB/Simulink serão usados diariamente.

 

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Conteúdo Conteúdo 

O conteúdo envolve a análise de sistemas e o projeto de

controladores fazendo uso da modelagem dinâmica docomportamento de sistemas lineares de parâmetrosconcentrados com coeficientes invariantes no tempo

Serão estudados modelos de estado e de entrada/saída,

Controle de Sistemas Mecânicos 

bem como técnicas de avaliação do desempenho desistemas no domínio do tempo e da freqüência

Serão analisados os principais tipos de controladoresutilizados tradicionalmente, bem como introduzidos oscontroladores mais modernos

Serão apresentados métodos de projeto de sistemas decontrole, baseados em função de transferência e emmodelagem de estado.

 

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Avaliação Avaliação 

Serão ministradas 60 horas de aulas, em 15

semanas

A avaliação será realizada através de duas provas

Serão fornecidas listas de exercícios

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

periodicamente, cuja solução é altamenterecomendada.

 

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Bibliografia Bibliografia 

1. Engenharia de Controle Moderno, K. Ogata, Prentice Hall, 1982

2. Sistemas de Controle e Realimentação, Charles L. Phillips eRoyce D. Harbor, Makron Books, 1996.

3. Linear Systems, Naresh K. Sinha, John Wiley, 1991

4. Automatic Control Systems, B. C. Kuo, Prentice Hall, 1991

Controle de Sistemas Mecânicos 

5. Linear Control Systems, Modeling, Analysis and Design, J. R.Rowland, John Wiley, 1986.

6. Feedback Control of Dynamics Systems, G. F. Franklin. J. D.Powell e A. Naeini, Addison-Wesley, 1991

7. Sistemas de Controle Modernos, R. C. Dorf e R. H. Bishop,

LTC Editora, 19988. Notas de aula: Controle de Sistemas Mecânicos e Eletro-

Mecânicos, E. G. O. Nóbrega

 

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Sistema Sistema 

Um sistema é um conjunto de objetos agrupados de forma 

organizada de modo a realizar um determinado propósito 

Um sistema pode em geral ser dividido em sub-sistemas ,

Controle de Sistemas Mecânicos 

ca a um por sua vez um sistema 

Planta ou processo é um sistema que se deseja controlar 

Controlador é o sub-sistema que realiza a função de controlar a planta 

  

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Representação de Sistemas Representação de Sistemas 

Um sistema é caracterizado pelos seus sinais 

de entrada e de saída. Transforma os sinais de entrada nos sinais de saída.

S ina is deen t rada

S ina i s des a íd a

Controle de Sistemas Mecânicos 

O sistema mais simples possui uma única 

entrada e uma única saída.P

u(t) y(t)

SaídaEntrada

P r o c e s s oPlantaPlanta

 

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Sistemas de Controle Sistemas de Controle 

Sistema de Controle é a interconexão de componentes 

formando um sistema que produzirá a resposta desejada 

Controlar é atuar sobre uma dada planta de modo a atingir resultados de acordo com objetivos previamente 

Controle de Sistemas Mecânicos 

es a e ec os  

Há um atuador transformando os objetivos em esforço de atuação 

Há um sensor medindo o resultado 

na saída da planta 

Os resultados obtidos devem se 

aproximar dos objetivos desejados 

 

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Classificação Sistema de Controle Classificação Sistema de Controle 

Existem dois tipos de sistema de controle : 

• Sistema de Controle em malha aberta (MA) 

consiste em ajustar manualmente a ação do atuador de modo a se conseguir o resultado desejado, em 

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

• Sistema de Controle em malha fechada (MF) 

consiste em realizar uma medição do resultado e corrigir de forma automática a atuação de modo a diminuir o erro entre o desejado e o obtido 

 

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Controle em malha aberta Controle em malha aberta 

Consiste em ajustar manualmente a ação do atuador de modo a se conseguir o resultado desejado, em 

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

Esquema geral controle malha aberta 

PlantaControlador

atuaçãoobjetivos resultados

  

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Representação dos sinais do sistema Representação dos sinais do sistema 

Esquema geral controle malha aberta com 

respectivos sinais 

atuaçãoobjetivos resultadosr(t)r(t) u(t)u(t) y(t)y(t)

Controle de Sistemas Mecânicos 

referência referência  atuação atuação saída  saída 

Sinal de entrada Sinal de entrada Sinal de esforço de controle Sinal de esforço de controle Sinal de saída Sinal de saída 

  

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Exemplo: Exemplo: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

Controle de Sistemas Mecânicos 

PlantaControlador

atuaçãoobjetivosresultadosr(t)r(t) u(t)u(t) y(t)y(t)Pessoa Pessoa Chuveiro  Chuveiro 

Temperatura Temperatura desejada desejada 

posição da posição da torneira torneira 

Temperatura Temperatura obtida obtida 

   

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Controle em malha fechada Controle em malha fechada 

Consiste em realizar uma medição do 

resultado e corrigir de forma automática a atuação de modo a diminuir o erro entre o desejado e o obtido 

Controle de Sistemas Mecânicos 

squema gera contro e ma a ec a a 

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

In1

Comparação Comparação Controlador  Controlador  Processo Processo 

Medição Medição 

objetivos objetivos  erro erro  atuação atuação  resultados resultados 

   

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Representação dos sinais do sistema Representação dos sinais do sistema 

Malha fechada com respectivos sinais 

r(t)r(t) e(t)e(t) u(t)u(t) y(t)y(t)

Sinal do erro Sinal do erro 

Controle de Sistemas Mecânicos 

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

In1 Comparação Comparação Controlador  Controlador  Processo Processo 

Medição Medição 

    

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Exemplo: Exemplo: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

MF MF 

Controle de Sistemas Mecânicos 

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

In1

Comparação Comparação Controlador  Controlador  Processo Processo 

Pele Pele 

Pessoa Pessoa  Chuveiro Chuveiro 

r(t)r(t) e(t)e(t) u(t)u(t) y(t)y(t)

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

• disparo de uma flecha 

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

Controle de Sistemas Mecânicos 

• chuveiro elétrico 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

Controle de Sistemas Mecânicos 

• torradeira de cozinha 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique os sistemas de controle abaixo e 

faça o esquema geral de controle identificando os componentes: 

• nível de tanque 

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

Controle de Sistemas Mecânicos 

• controle de rotação 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo : 

• ar condicionado 

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

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Exercício: Exercício: 

Classifique o sistema de controle abaixo e faça 

o esquema geral de controle identificando os componentes: 

• Controle de direção do automóvel 

Controle de Sistemas Mecânicos 

   

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Dois tipos de controladores em MF Dois tipos de controladores em MF 

Regulador : mantém uma saída constante 

• Governador centrífugo 

• Incubadora 

Controle de Sistemas Mecânicos 

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

In1

Comparação Comparação Controlador  Controlador  Processo Processo 

Medição Medição 

r(t)=0 r(t)=0  e(t)e(t) u(t)u(t) y(t)y(t)

   

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Dois tipos de controladores em MF Dois tipos de controladores em MF 

Rastreador : segue uma variação nos objetivos 

do sistema • Aterrisagem 

• Automóvel 

 

Controle de Sistemas Mecânicos 

• Míssil 

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

1

 

1

In1

Comparação Comparação Controlador  Controlador  Processo Processo 

Medição Medição 

r(t)r(t) e(t)e(t) u(t)u(t) y(t)y(t)

 

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Realimentação negativa Realimentação negativa 

O controle atua na planta de modo a anular a 

diferença entre a referência e o resultado ao longo do tempo 

Sistemas de controle 

 

Controle de Sistemas Mecânicos 

• Controle de temperatura 

• Controle de nível 

Sistemas naturais 

• relação predador/presas 

• temperatura do corpo/evaporação do suor 

 

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Realimentação positiva Realimentação positiva 

A realimentação positiva tem que ser evitada 

porque implica no aumento contínuo da energia do sistema, levando a situações limites. Ex: balanço 

 

Controle de Sistemas Mecânicos 

Os controladores portanto devem sempre implementar a realimentação negativa para evitar a instabilidade 

O conceito de instabilidade é fundamental e 

será apresentado formalmente no momento oportuno 

 

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Exercício: Exercício: 

Defina: 

• Realimentação negativa • Sinal de referência 

• Sinal de atuação 

•  

Controle de Sistemas Mecânicos 

 

• Sinal de saída • Sinal de erro 

• Controlador rastreador 

• Controlador regulador 

• Planta • Controle de malha fechada