SISTEMAS_DE_CONTROLE_AULA_2

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Sistemas de Controle
Prof. Gabriel Vendramini
gvendramini@uniara.com.br
Aula 2
2019
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Conceitos Fundamentais
 Sistema: combinação de componentes que interagem
entre si para o desempenho de uma dada função, que não
seria obtido com as partes isoladamente;
 Ambiente: o restante que não integra o sistema, mas 
interage com ele.
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Principais classificações de sistemas
 Sistema Monovariável: uma variável de entrada e 
uma variável de saída
SISO – Single Input, Single Output
 Sistema Multivariável: dois ou mais sinais de entrada
e/ou dois ou mais sinais de saída.
MIMO – Multiple Input, Multiple Output
 Sistema Contínuo: todos os sinais (entrada e saída) 
são funções do tempo (t).
 Sistema Discreto: os sinais são definidos e tratados
em instantes de tempo definidos.
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Principais classificações de sistemas
 Sistema Determinístico: mantendo-se as condições, 
para uma mesma entrada terá a mesma saída.
 Sistema Estocástico: para uma dada entrada, não se 
sabe ao certo a saída, ou seja, a saída deve ser expressa
em termos probabilísticos.
 Sistema Instantâneo: sistema sem efeito memória. A 
saída num instante depende somente da entrada neste
mesmo isntante.
 Sistema Dinâmico: sistema com efeito memória. A 
saída num instante depende de valores passados e 
presentes da entrada. Descrito por eq. diferenciais
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Principais classificações de sistemas
 Sistema Concentrado: os parâmetros de seus
componentes não dependem da posição no espaço.
 Sistema Distribuído: os parâmetros de pelo menos um 
de seus componentes dependem da posição no espaço. 
(escrito por equações diferenciais parciais)
 Sistema Invariante no Tempo: os parâmetros dos 
componentes do sistema não variam com o tempo.
(os coeficientes das eq. diferenciais são constantes)
 SistemaVariante no Tempo: os parâmetros dos 
componentes do sistema variam com o tempo.
(os coeficientes das eq. diferenciais são variáveis)
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Principais classificações de sistemas
 Sistema Linear: sistema instantâneo (sem energia
armazenada – condições iniciais nulas), que satisfaça:
Princípio da superposição:
Proporcionalidade:
H(βu) = βH(u)
(denota uma relação de proporcionalidade entre entrada e saída)
Aditividade:
H(u1 + u2) = H(u1) + H(u2)
(a resposta à soma de dois sinais quaisquer é a soma das respostas separadas)
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Principais classificações de sistemas
 Sistema não-Linear: não se verifica o princípio da
superposição.
Exemplo 1: engrenagens com folga;
Exemplo 2: acionamento de relê.
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Definições Gerais
 Planta: É uma parte de um equipamento ou instalação 
industrial, eventualmente um conjunto de itens de uma 
máquina que funcionam juntos, cuja finalidade é 
desempenhar uma dada operação. É também qualquer
objeto, físico ou não, a ser controlado.
 Processo: Toda operação a ser controlada. O processo é 
realizado por uma planta, sendo que a planta pode
realizar vários processos.
 Processo químico, biológico, econômico. Processo de 
pouso, decolagem, etc.
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Definições Gerais
 Sistema: É uma disposição, conjunto ou coleção de 
partes, dentro de um universo, que estão conectadas ou 
relacionadas de tal maneira a formarem um todo.
 Sistema Físico: É uma parte do universo que foi 
delimitada para estudo.
 Especificações de Desempenho: São descrições do 
comportamento a ser apresentado pelo sistema físico, 
conforme solicitação do usuário. 
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Definições Gerais
 Modelo: Consiste na representação de certas características 
do sistema físico que são relevantes para seu estudo. 
 Controle: É a ação de fazer com que um sistema físico 
atenda as especificações de desempenho determinadas a 
priori.
 Controlador: Dispositivo utilizado para a obtenção do 
controle de um sistema físico.
 Sistema de Controle: Conjunto formado pelo sistema a ser 
controlado e o controlador.
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Definições Gerais
 Variável controlada: é a grandeza ou condição que é medida 
e controlada. Geralmente é a grandeza de saída do sistema.
 Variável manipulada: é a grandeza ou condição variada pelo 
controlador de modo a afetar o valor da variável controlada.
 Valor de referência: é o valor desejado para a variável 
controlada.
 Distúrbio: sinal que tende a afetar de modo adverso o valor 
da variável controlada. Pode ser:
 Interno: gerado pelo próprio sistema
 Externo: gerado pelo ambiente
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Definições Gerais
 Retroação: operação que utiliza o sinal de saída para ajustar 
o sinal de entrada, com o objetivo de manter a saída no valor 
desejado.
 Como nosso corpo regula a nossa temperatura quando
estamos em um ambiente frio ou quente?
 Para a temperatura aumentar acima do normal, suamos; se ela
diminuir, sentimos calafrios.
 Esses 2 mecanismos são usados para restaurar a temperatura
do corpo ao normal, pois o corpo tem seu próprio sistema de 
controle.
 Os sensores do corpo “dizem” como a temperatura está. Essa
informação é comparada com o que deveria ser e uma ação
apropriada é realizada para compensar.
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Definições Gerais
 Retroação negativa: o sinal de saída é enviado de volta 
para que seja subtraído do sinal de entrada.
 Retroação positiva: o sinal de saída é enviado de volta 
para que seja adicionado ao sinal de entrada.
 Sensor: Dispositivo responsável pela medição da 
variável controlada.
 Atuador: Dispositivo utilizado para alterar o valor da 
variável manipulada do processo.
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Tipos de Controle
 Controle Clássico;
 Controle Moderno;
 Controle Robusto;
 Controle Inteligente;
 Controle Adaptativo…..
 Controle Clássico- para a aplicação da teoria, deve-se ter:
 Sistema SISO, linear e invariante no tempo (SLIT)
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 Sistema de Controle em Malha Aberta (MA): é um 
sistema de controle que utiliza um dispositivo para 
controlar o processo, sem utilizar retroação. Assim, a 
saída não tem efeito sobre o sinal aplicado ao processo.
Formas de Controle
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Sistema SISO
Diagrama Funcional
Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Aberta (MA): exemplo
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Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Fechada (MF): é um 
sistema de controle que utiliza uma medida da saída e a 
retroação desse sinal para compará-lo com a saída 
desejada. Os sinal resultante dessa comparação é 
utilizado para controlar o processo.
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Sistema SISO
Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Fechada (MF):
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Diagrama Funcional
Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Fechada (MF): 
componentes
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Formas de Controle
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Formas de Controle
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Formas de Controle
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Formas de Controle
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Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Fechada (MF): exemplo
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Formas de Controle
 Sistema de Controle em Malha Fechada (MF): exemplo
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Sistema MIMO – multivariável
Formas de Controle
 Malha aberta (MA):
Vantagem:
Geralmente aplicado onde não tem problema de 
instabilidade;
 Sistema mais simples;
Desvantagem:
Requer ajuste prévio e regulagem periódica;
 Sensível a distúrbios e a variações de parâmetros.
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Formas de Controle
 Malha fechada (MF):
Vantagem:
 Sistema mais robusto;
Relativamente insensível a distúrbios e a variações dos 
parâmetros do sistema.
Desvantagem:
Maior tendência à atingir a instabilidade se o controle não
for adequado;
 Sistema mais complexo;
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Sistemas de Controle
 Exemplos:
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Planta
Sistemas de Controle
 Exemplos:
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 Variável controlada:
 Valor de referência:
 Elemento de comparação:
 Sinal de erro:
 Unidade de controle:
 Unidade de correção:
 Planta:
 Processo:
 Dispositivo de medição:
A temperatura da sala
A temperatura desejada para a sala
O ar condicionado, que compara os valores desejado e medido
A diferença entre as temperaturas desejada e medida
O próprio ar condicionado
Acionamento do compressor interno
Sala
Ajuste de temperatura da sala
Termostato no ar condicionado
Planta
Sistemas de Controle
 Exemplos:
Sistema de controle de nível do reseratório:
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Planta
Sistemas de Controle
Exercícios em sala…
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Sistemas de Controle - SISO
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Sistemas deControle - MIMO
R2 R2
R4
C1
C2
C3
R1
C4
REQUISITOS
(Critérios de desempenho)33