sistemas em Malha Aberta e Fechada

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Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta 
Exemplos de Sistemas de Controle 
Projeto de Sistema de Controle 
Exercícios para Resolução em Sala de Aula 
Aula 2 
Carlos Amaral
Fonte: Cristiano Quevedo Andrea
UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
DAELT - Departamento Acadêmico de Eletrotécnica 
Curitiba, Agosto de 2011. 
UTFPR, DAELT Sistema de Controle
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Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta 
Exemplos de Sistemas de Controle 
Projeto de Sistema de Controle 
Exercícios para Resolução em Sala de Aula 
Resumo
1 
2 
Terminologias
Controle em Malha Fechada
3 Controle em Malha Aberta
4 Malha Fechada Versus Malha Aberta
5 Exemplos de Sistemas de Controle
6 Projeto de Sistema de Controle
7 Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Exercício
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Controle em Malha Fechada
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Malha Fechada Versus Malha Aberta 
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Termos
Planta: é uma parte de um equipamento, eventualmente um 
conjunto de itens de uma máquina, que funcionam 
conjuntamente objetivando a realização de uma dada função. 
Processos: Operação Natural de Progresso Contínuo. Neste 
curso, consideraremos processo todo a operação a ser 
controlada. 
Variável Controlada: grandeza ou condição que é medida e 
controlada. 
Sistema: combinação de componentes que agem em conjunto 
para atingir um determinado objetivo. Ex: Sistemas Físicos, 
Sistemas Econômicos, Sistemas Biológicos, etc. 
Distúrbio: sinal que tende a afetar de maneira adversa o valor da 
variável de saída do sistema. Ex: Vento. 
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Malha Fechada
O sinal de saída possui efeito direto no sinal de controle. 
São denominados sistemas de controle realimentados ou 
com retroação. 
Ref. + Erro
-
u(t ) Saída
Controlador Planta
O sistema em malha fechado é utilizado para enviar o sinal 
de erro para o controlador e deste modo eliminá-lo. 
Malha Fechada ⇔ Realimentação (feedback). 
u(t ) é a lei de controle aplicada na planta. 
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Malha Fechada
Exemplo
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Malha Aberta
São sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito 
na ação de controle. 
Também conhecido como feedforward. 
Entrada Saída
K Planta
sendo K o controlador utilizado no controle em malha 
aberta. 
Neste tipo de sistema, a saída nem é medida nem 
realimentada. 
Exemplo:
Máquina de lavar roupa
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Por meio da utilização de um sistema de controle de malha 
fechada, pode-se projetar um sistema de controle a distúrbio e 
variações de parâmetros da planta. 
O sistema de controle de malha aberta é mais fácil de ser 
construído, visto que grande parte das plantas é estável em 
malha aberta. 
Em sistemas onde é conhecida a relação entre a entrada e a 
saída, e ainda, verifica-se a ausência de distúrbio, é
aconselhável a utilização de um sistema de controle de malha 
aberta. 
Geralmente, projeto de sistemas em malha fechada são mais 
caros que malha aberta. 
Uma combinação entre sistemas de controle de malha aberta e 
malha fechada apresenta melhores resultados do que utilizados 
separadamente. 
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Sistema de Controle de Tráfego 
O sistema de controle de tráfego por meio de semáforos operados em 
base de tempos constitui um sistema de controle de malha aberta.
Se fosse informado o número de carros parado em cada ramo das ruas 
a uma central informatizada, e esta central decide quando ativar o sinal 
verde e vermelho, então o sistema seria malha fechada. 
Sistema de controle muito complexo. Necessita-se de teorias 
avançadas de controle, tais como fuzzy, para minimizar o tempo de 
espera dos veículos. 
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Sistemas Biológicos
Considere a competição entre duas espécies de bactérias, cuja população 
são x1 e x2. A variação das populações pode ser descrita como: 
x1(t ) = a11x1(t ) − a12x1(t )x2(t )
x2(t ) = a21x2(t ) − a22x1(t )x2(t )
os parâmetros são constantes positivas, sendo x1 e x2 não negativas.
Se for usado um agente químico, a população é descrita da seguinte
maneira:
x1(t ) = a11x1(t ) − a12x1(t )x2(t ) − b1u(t )
x2(t ) = a21x2(t ) − a22x1(t )x2(t ) − b2u(t )
Neste caso, o problema é minimizar a população 1 em um determinado
intervalo de tempo, enquanto se mantém a população 2. Este é um exemplo
de um sistema biológico no qual pode ser aplicado um sistema de controle.
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Sistema de Controle de Pressão 
Considere a figura abaixo: 
A pressão na caldeira é controlada pela posição do regulador. 
Esta pressão é medida por um elemento medidor de pressão. 
O sinal medido é enviado ao controlador para comparação com o valor 
desejado. 
Se existir algum erro, a saída do controlador é enviado ao atuador, que 
posiciona o regulador de modo a reduzir o erro. 
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Sistema de Controle de Velocidade 
Considere a figura a seguir: 
A quantidade de vapor admitida no cilindro da máquina é
ajustada de acordo com a diferença entre a velocidade 
real e a desejada. 
A referência é ajustada no valo da velocidade desejada. 
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Projeto de Sistema de Controle 
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O projeto de engenharia de sistemas de controle é a principal 
tarefa do engenheiro, neste contexto ele deve ser criativo e 
atender as necessidades de desempenho desejadas. 
Um projeto de controle deve ser estável, esta é a exigência 
fundamental. 
Um projeto de sistema de controle também deve ter uma 
estabilidade relativa razoável. 
Por fim, espera-se do projeto de sistema decontrole, reduzir ou 
eliminar o sinal de erro de regime estacionário. 
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Projeto de Sistema de Controle 
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Um Projeto - Controle de uma Mesa Rotativa 
Inúmeras aplicações utilizam mesas rotativas para gira um 
disco com velocidade constante, ex: leitor de CD. 
Projeto
Objetiva-se projetar um sistema de controle que mantenha a 
velocidade de giro do leitor de CD constante. Para obter a rotação do 
disco será utilizado um motor CC como atuador. 
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Um Projeto - Controle de uma Mesa Rotativa 
O sensor utilizado neste caso é o tacômetro, o qual fornece tensão na 
saída proporcional à velocidade de seu eixo. 
Espera-se que o sistema em malha fechada apresente melhores 
resultados em relação a malha aberto, visto que em malha fechada irá
operar para diminuir o sinal de erro. 
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Sistema de Controle para Aplicação de Insulina 
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Sistema de Controle para Aplicação de Insulina 
O objetivo é projetar um sistema de controle para manter 
regulada a concentração de açúcar no sangue de um 
diabético. 
O sistema abaixo é proposto para solucionar este 
problema de controle: 
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Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício
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1 Terminologias
2 Controle em Malha Fechada
3 Controle em Malha Aberta
4 Malha Fechada Versus Malha Aberta
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7 Exercícios para Resolução em Sala de Aula
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Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício
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Considere o seguinte sistema ilustrado, 
O objetivo do sistema de controle é manter a temperatura 
estável em 22◦ C. 
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Utilizando um bimetal (ilustrado abaixo), que é composto de 
dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes, 
pode-se realizar este sistema de controle. 
Descreva um sistema de controle em blocos para este 
exercício. Aborde o sistema em malha aberta e em malha 
fechada, apontando vantagens e desvantagens. 
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