transcricao_sistemas_controle_corrigido

Prévia do material em texto

Sistema de Controle
Para controlar o nível de água em um tanque, o sistema utiliza um sensor de nível, uma válvula
controladora e um controlador lógico programável (CLP). O sensor de nível envia sinais ao CLP
indicando o nível atual da água. O CLP processa essas informações e comanda a válvula,
abrindo-a ou fechando-a conforme necessário para manter o nível dentro de uma faixa desejada.
O diagrama de blocos do sistema é apresentado abaixo:
Sensor de Nível -> CLP -> Válvula
Esse sistema é um exemplo clássico de um sistema de controle em malha fechada, onde o valor
medido (nível de água) é constantemente monitorado e ajustado para atingir o valor de referência.
Características de Sistemas de Controle
Os sistemas de controle podem ser classificados conforme diversos critérios:
1. Malha aberta: não há realimentação; a ação de controle é independente da saída.
2. Malha fechada: há realimentação; a ação de controle depende da diferença entre a saída e o
valor desejado.
3. Sistemas contínuos: as variáveis mudam continuamente no tempo.
4. Sistemas discretos: as variáveis mudam em instantes distintos.
Exemplos:
- Malha aberta: máquina de lavar roupas.
- Malha fechada: controle de temperatura de um forno.
Elementos de um Sistema de Controle
- Planta: parte do sistema que será controlada.
- Atuador: elemento que realiza a ação de controle.
- Sensor: elemento que mede a variável de interesse.
- Controlador: processa a informação e gera a ação de controle.
Fluxo de operação:
Referência -> Controlador -> Atuador -> Planta -> Sensor -> Realimentação
Modelagem de Sistemas de Controle
Para projetar um sistema de controle é necessário modelar a planta. A modelagem pode ser feita
utilizando:
1. Equações diferenciais: descrevem a dinâmica do sistema no domínio do tempo.
2. Função de transferência: relação entre entrada e saída no domínio de Laplace.
3. Diagramas de blocos: representação gráfica das relações funcionais.
Exemplo:
Função de transferência de um sistema de primeira ordem: 
G(s) = K / (Ts + 1)
Respostas de Sistemas Dinâmicos
A resposta de um sistema a uma entrada pode ser caracterizada por:
- Tempo de subida: tempo para a resposta sair de 10% a 90% do valor final.
- Sobressinal: quanto a resposta ultrapassa o valor desejado.
- Tempo de acomodação: tempo para a resposta permanecer dentro de uma faixa aceitável ao
redor do valor final.
- Erro em regime permanente: diferença entre a saída e o valor desejado após o sistema se
estabilizar.
Esses parâmetros são importantes para avaliar o desempenho do sistema.
Critérios de Estabilidade
Um sistema de controle deve ser estável, ou seja, para qualquer entrada limitada, a saída também
deve ser limitada.
Critérios clássicos de estabilidade:
1. Critério de Routh-Hurwitz: baseado na análise do sinal dos coeficientes do polinômio
característico.
2. Critério de Nyquist: baseado no diagrama de Nyquist da função de transferência.
3. Critério de Bode: baseado na margem de ganho e de fase obtidas através dos diagramas de
Bode.
A estabilidade é um pré-requisito para o bom funcionamento do sistema.
Controle PID
O controlador PID é composto por três ações:
- Proporcional (P): reduz o erro proporcionalmente.
- Integral (I): elimina o erro em regime permanente.
- Derivativa (D): antecipa as variações, aumentando a estabilidade.
Equação do PID: 
u(t) = Kp * e(t) + Ki * Integral e(t)dt + Kd * de(t)/dt
Onde: 
e(t) = erro entre o valor desejado e o valor medido. 
Kp, Ki, Kd = ganhos proporcionais, integrais e derivativos.
O ajuste correto dos parâmetros é essencial para o desempenho do sistema.
Projeto de Sistemas de Controle
Etapas principais:
1. Definição dos requisitos: desempenho, estabilidade, precisão.
2. Modelagem do sistema: escolha da representação matemática.
3. Análise do sistema: estabilidade, resposta transitória e regime permanente.
4. Projeto do controlador: escolha da estratégia (PID, controle robusto, etc.).
5. Simulação: validação do projeto com ferramentas computacionais.
6. Implementação: instalação do sistema na planta real.
7. Testes e ajustes: refinamento final.
O projeto sistemático é fundamental para garantir que o sistema atenda aos requisitos.