Sistemas de Controle e Servomecanismos

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Controle e Servomecanismos I
Sistema
É uma combinação de componentes que agem para atingir um objetivo, onde o importante é a relação entre
as entradas e as saídas.
entradas saídasSistema
Sistemas de controle
As saídas são controladas para assumirem um determinado valor ou seguirem determinadas entradas.
Os sistemas de controle podem ocorrer em malha aberta ou em malha fechada.
Diagrama em blocos de um sistema em malha aberta
entrada saídaControlador Atuador Processoou Planta
Controlador
Determina a ação a ser tomada para que a saída do processo siga o sinal de entrada.
O controlador usualmente trabalha em um nível baixo de potência.
Atuador
Dispositivo de potência que produz o sinal destinado a agir no processo, de acordo com o sinal de controle.
Exemplo: motor elétrico, hidráulico, válvula pneumática, etc.
Processo ou Planta
É o sistema no qual uma variável vai ser controlada.
Exemplo de sistema em malha aberta: Controle da temperatura de uma sala no inverno.
temperatura
desejada
temperatura real
lida num medidor
Controlador
Pessoa
Atuador
Aquecedor
Processo
Sala
Características da malha aberta
• A saída do processo não é usada para alterar a ação de controle.
• A entrada é ajustada com base na experiência, de tal forma que a saída siga o valor de entrada desejado.
Exemplo: O usuário ajusta uma temperatura de entrada e não muda mais.
• Perturbações no processo implicam em mudanças de operação.
Exemplo: Abertura da janela implica na variação da temperatura de saída.
Diagrama em blocos de um sistema em malha fechada
Set-Point ou
Entrada de
Referência R
saída ou
variável
controladaControlador
erro
comparação
Y
Atuador+
-
SensorSinal realimentado
Processo
ou Planta
Sensor ou elemento de medição
Converte a saída numa variável com a mesma unidade que a entrada de referência ou "set-point".
Exemplo: Sensor de aquecedor converte oC em Volts.
Comparação
Compara a entrada de referência ou "set-point" com o valor medido pelo sensor e determina o sinal de erro.
Nesta comparação, o "set-point" e a saída do sensor devem possuir a mesma unidade.
Erro
Indica quanto o valor de saída está desviado do valor desejado (set-point).
Erro = R−Y (sinal de referência − sinal medido).
Exemplo de sistema em malha fechada
Controle da posição de um pequeno elevador.
ReferênciaR
Controlador
Proporcional Atuador
Amplificador
Elevador
Processo
Sensor
Motor CC
+
Circuitopotência
erro tensão
E U=KE
K
Saídareal
Y (Volts)
Y (m)Escolhadaposição
Simulação do movimento do elevador para K=5
Referência R Saída real Y Erro E Tensão U=KE Cabine
0 0 0 0 Parada no térreo
5 0 5 25V Sinal de subir
5 4 1 5V Diminui a velocidade
5 5 0 0V Chega no andar desejado
1 5 −4 −20V Inverte o sentido para descer
1 2 −1 −5V Diminui a velocidade
1 1 0 0V Chega no andar desejado
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Características da malha fechada
• Possui realimentação negativa, que consiste na subtração da entrada de referência pela saída medida.
• A saída do processo é usada para alterar a ação de controle, ou seja, há uma realimentação ou retroação
para que a saída do processo siga a entrada de referência desejada.
Classificação dos sistemas quanto ao número de entradas e saídas.
SISO (Single Input Single Output): Processo com uma entrada e uma saída.
SIMO (Single Input Multiple Output): Processo com uma entrada e múltiplas saídas.
MISO (Multiple Input Single Output): Processo com múltiplas entradas e uma saída.
MIMO (Multiple Input Multiple Output): Processo com múltiplas entradas e múltiplas saídas.
Exemplo de sistema MIMO: Tanque industrial.
Nesse processo há duas saídas para serem controladas: o nível e a temperatura do tanque.
As entradas do processo são a vazão de líquido e o fluxo de calor do aquecedor.
Vazão
delíquido
Válvula
Nível
Temperatura
Aquecedor
220V
Bóia
Controlador
Controladordetemperatura
denível
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