Aula1-1

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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 
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–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 
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Representação de Sistemas Dinâmicos por 
Diagrama de Blocos 
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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 
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Sistema de Controle 
 
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Sistema de controle (elevador) 
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Carro Híbrido 
 
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Geração Eólica 
 
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Carro Controlado por 
Computador Embarcado 
 
Sistema Inteligente de 
Distribuição de Energia Elétrica 
 
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Controle Malha-aberta de 
servomecanismo 
 
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Controle malha-fechada de um 
servomecanismo 
 
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Malha-Aberta ou Malha-Fechada? 
– Chuveiro 
– Sistema de aquecimento de uma piscina térmica 
– Manipulador Robótico 
 
Represente-os por Diagrama de Blocos. 
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Malha-aberta vs. Malha-fecahda 
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Definição das Variáveis Envolvidas: 
– Variável de Referência; 
– Variável de Saída; 
– Variável de Erro; 
– Variável de Controle. 
 
. 
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Distúrbios Externos 
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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. 
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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 
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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 
- 
+ 
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Diagrama de Blocos 
• Exercício: Determine a expressão 
analítica que define Y no diagrama de 
blocos abaixo. 
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Diagrama de Blocos 
Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de blocos abaixo 
cuja entrada é R e a saída é Y 
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Diagrama de Blocos 
Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de 
blocos abaixo cuja entrada é R e a saída é Y 
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Diagrama de Blocos 
Exercício: Determine o bloco equivalente ao diagrama de 
blocos abaixo cuja entrada é R e a saída é Y 
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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 
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