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Sala 1E005– Seg. 19:30 até 22:23 Prof. Luciano Fonseca Chaves lfchaves@unisinos.br Engenharia Elétrica 079014-Sistemas Lineares I Introdução 1 Aula 1 - Introdução – O que é a Disciplina – Onde se Encaixa no Contexto da Engenharia – Exemplos Práticos – Problemas Propostos 2 Prof. Luciano Fonseca Chaves Sistemas de controle são normalmente estudados em duas etapas: – ANÁLISE DE SISTEMAS DE CONTROLE • Estudo das ferramentas básicas. – PROJETO E SINTESE DE SISTEMAS DE CONTROLE • Aplicação das ferramentas básicas na solução de problemas. Análise um Sistema de Controle O que é a Disciplina – Análise: • Exame de cada parte de um todo, para conhecer sua natureza, suas proporções, suas funções, suas relações, etc... – Sistema: • Disposição das partes ou dos elementos de um todo, coordenados entre si, e que funcionam com estrutura organizada. Aula 1 - Introdução 4 – Controle: • Botão, mostrador, chave, circuito ou parafuso destinado a ajustar ou fazer variar as características de um elemento elétrico. Você acha que esta definição está apropriada no contexto de engenharia? • Controlar significa manipular, de forma automática ou manual, a(s) variável(is) de entrada de um processo com o objetivo de fazer com que a(s) variável(is) de saída do processo comporte(m)-se de acordo com um padrão desejado. Aula 1 - Introdução 5 Onde se Encaixa no Contexto da Engenharia – Funcionamento Simples • Geladeiras • Ferros elétricos • Máquinas de Lavar – Funcionamento Complexo • Sistemas Robotizados • Aviões Aula 1 - Introdução 6 Para os exemplos anteriores, citar: 1. A variável de interesse; 2. As possíveis condições de controle para cada exemplo. Aula 1 - Introdução 7 – Áreas da Engenharia • Química: – Controle de PH • Mecânica e Civil: – Análise de Vibração Estrutural – Área da Biologia • Sistema de controle de equilíbrio do corpo humano • Sistema de controle da temperatura corporal Aula 1 - Introdução 8 Realize o seguinte Experimento: 1. Fique em pé! 2. Coloque um pé em frente ao outro, de forma que os dois pés fiquem alinhados. 3. Mantenha os braços junto ao corpo. 4. Feche os olhos! Descreva o que acontece com o equilíbrio do seu corpo. Aula 1 - Introdução 9 É possível perceber o efeito de algum dos muitos sistemas de controle presentes no corpo humano? Exemplos Práticos – Regulador de Watt (James Watt – 1788) – Controle de Máquinas a Vapor Aula 1 - Introdução 10 Controle de Posição de uma Antena Aula 1 - Introdução 11 Sistema de Controle de Temperatura Aula 1 - Introdução 12 Controle de Um Pêndulo Invertido Aula 1 - Introdução 13 Controle de Um Pêndulo Invertido Aula 1 - Introdução 14 –Largamente Empregada –Facilidade de Visualização –Forma de expressão comum Cientistas Engenheiros Técnicos Representação de Sistemas Dinâmicos por Diagrama de Blocos Prof. Luciano Fonseca Chaves –Sistemas em Malha-Fechada Informação da Variável de Saída Comparação com a Variável de Referência Determinação do Sinal de Controle –Sistema em Malha-Aberta Sinal de Controle Independe da Saída do Sistema Representação de Sistemas Dinâmicos por Diagrama de Blocos Prof. Luciano Fonseca Chaves Representação de Sistemas Dinâmicos por Diagrama de Blocos Prof. Luciano Fonseca Chaves Bloco Somador Nó Figura 1: Representação em diagrama de blocos de dois sistemas de controle. R1(s) U1(s) H2 H3 E1(s) H1 Y1(s) B1(s) + - R2(s) + - H1 H 2 H3 B2(s) E2(s) U2(s) Y2(s) Sistema 1 Sistema 2 Representação de Sistemas Dinâmicos por Diagrama de Blocos Prof. Luciano Fonseca Chaves Sistema de Controle Prof. Luciano Fonseca Chaves Sistema de controle (elevador) Prof. Luciano Fonseca Chaves Carro Híbrido Prof. Luciano Fonseca Chaves Geração Eólica Prof. Luciano Fonseca Chaves Prof. Luciano Fonseca Chaves Carro Controlado por Computador Embarcado Sistema Inteligente de Distribuição de Energia Elétrica Prof. Luciano Fonseca Chaves Controle Malha-aberta de servomecanismo Prof. Luciano Fonseca Chaves Controle malha-fechada de um servomecanismo Prof. Luciano Fonseca Chaves Malha-Aberta ou Malha-Fechada? – Chuveiro – Sistema de aquecimento de uma piscina térmica – Manipulador Robótico Represente-os por Diagrama de Blocos. Prof. Luciano Fonseca Chaves Malha-aberta vs. Malha-fecahda Prof. Luciano Fonseca Chaves Definição das Variáveis Envolvidas: – Variável de Referência; – Variável de Saída; – Variável de Erro; – Variável de Controle. . Prof. Luciano Fonseca Chaves Distúrbios Externos Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagramas de Blocos • Estruturas básicas: • Blocos em Série: O sinal de saída de um bloco é o sinal de entrada do bloco seguinte. • Blocos em Paralelo: Os blocos tem mesma entrada e suas saídas são somadas (ou subtraídas). • Blocos em Realimentação: O sinal de saída de um bloco é retroalimentado (ou realimentado) para entrada do sistema através de um somador. Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagramas de blocos • Blocos em Série: • Blocos em Paralelo: G1 G2 R Y Y=(G1.G2).R G1 G2 R Y Y=(G1+G2).R Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagramas de Blocos • Exercício: Com base nas estruturas série e paralelo, e lembrando que a o sinal de saída de um bloco é o sinal de entrada multiplicado pelo conteúdo do bloco, determine a expressão de Y para o diagrama de blocos abaixo: G1 G2 R Y E B - + Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagrama de Blocos • Exercício: Determine a expressão analítica que define Y no diagrama de blocos abaixo. Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagrama de Blocos Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de blocos abaixo cuja entrada é R e a saída é Y Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagrama de Blocos Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de blocos abaixo cuja entrada é R e a saída é Y Prof. Luciano Fonseca Chaves Diagrama de Blocos Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de blocos abaixo cuja entrada é R e a saída é Y Prof. Luciano Fonseca Chaves Prof. Luciano Fonseca Chaves Problemas Propostos – Exemplos Práticos Sistemas de Controle em Malha-Aberta; – Tipos de Variável de Referência (problemas propostos na aula 1) – Tipos de distúrbios possíveis (problemas propostos na aula 1) – Vantagens e Desvantagens Malha-Aberta X Malha-Fechada Leitura Recomendada e Exercícios Propostos (Estes tópicos serão cobrados nas avaliações) J.L. Martins de Carvalho. “Sistemas de Controle Automático” – Páginas: 1 até 8. R.C. Dorf, R.H. Bishop, “Sistemas de Controle Modernos” – Páginas: 1 até 18 – Exercícios recomendado: E1.1, E1.2, E1.4 N. Nise, “Engenharia de Sistemas de Controle” – Páginas: 1 até 12 – Exercícios recomendados: perguntas de revisão 1 até 6 Exercício: 7 Ogata, “Engenhariade Controle Moderno” – Páginas: 1 até 7 Prof. Luciano Fonseca Chaves
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