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Prof. Nilton Gomes Controlo Automático 2020 
 
ISGEST-ENGENHARIA MECATRÓNICA 
 
Aula 02: Controlo Automático e Tipologia de Sistemas 
Parte 1 
INTRODUÇÃO AO CONTROLO AUTOMÁTICO 
 Desde os tempos antigos o homem queria controlar os objectos e forças da 
natureza para o seu benefício e objectivos. Nos podemos controlar objectos inanimados, 
como por exemplo mover uma pedra de um lugar para o outro, treinando animais, controlar 
funcionários de uma determinada instituição. Muitas tarefas de controlo no mundo moderno 
estão associadas a sistemas técnicos, celulares, aviões, navios, maquinas ferramentas e 
outros. Por exemplo, precisa-se manter um determinado curso do navio, altura da aeronave, 
velocidade do motor, temperatura no refrigerador ou forno. Se estas tarefas são 
executadas sem a intervenção humana estaremos a falar sobre controlo automático. 
 A Revolução Industrial gerou profundo impacto nos processos produtivos e no 
desempenho industrial, sendo a mecânica o início do que viria mais tarde a ser a automação 
industrial. Foi no século XVIII, que as primeiras máquinas de combustão surgiram, e eram 
utilizadas para o bombeamento de água em minas de carvão. Em 1769, James 
Watt aperfeiçoou a máquina a vapor, inserindo na mesma um controlador dando a ela 
regularidade de marcha. Tal dispositivo veio a ser conhecido mais tarde como regulador de 
Watt. 
 
 
 
 
Fig. 1-Regulador de Watt 
https://pt.wikipedia.org/wiki/James_Watt
https://pt.wikipedia.org/wiki/James_Watt
https://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_a_vapor
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 Já no início do século XIX, surge a primeira máquina programável o tear de 
Jacquard. As máquinas complexas, desenvolvidas no período entre guerras, como navios e 
aviões, só foram possíveis graças ao desenvolvimento das primeiras técnicas de automação 
industrial, baseadas inicialmente em relés eletromecânicos. Com o surgimento da eletrônica 
do estado sólido e o aparecimento dos primeiros transístores, surgiram os computadores, o 
que ocasionou uma verdadeira revolução e tornou possível a criação de controladores 
inteligentes. Durante esse período, também houve avanços notáveis na Teoria de Controle, 
com os trabalhos de Evans, Nyquist, entre outros (fonte wikipedia). 
 O progresso do controle automático foi muito rápido que actualmente existe 
uma enorme variedade de equipamentos de medidas primárias, transmissão das medidas, 
regulação, controlo final, registro, indicação, computação, PLC’s, SDCD’s e outros. Estes 
equipamentos podem ser combinados de modo a constituírem cadeias de controlo simples 
ou múltiplas, adaptadas aos inúmeros problemas de controlo e a um grande número de tipos 
de processos. 
 Com a evolução da tecnologia, rapidamente aumenta a tarefa de controlar a 
qualidade do produto, levando a verificação dos parâmetros de produção com maior rigor 
conforme os requisitos técnicos. Pode-se afirmar que com o actual estado de 
desenvolvimento tecnológico nas indústrias as obrigações de precisão nos processos e 
produtos são cada vez maiores, tendendo para os limites de desvios em 0.05 ou mesmo 
0.002. Aumentando os requisitos com a precisão de produção, faz com que o controlo 
automático ocupa o papel mas importante no processo de produção. Por isto nas produções 
modernas as operações mas complexas como verificação de superfície de um corpo, 
dimensões, tratamentos térmicos e outros, tenderem para sistemas automáticos. 
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 O termo controlo pode encontrar em varias literaturas definidas de maneiras 
diferentes mas com o mesmo sentido ou objectivo. Podemos definir controlo como: 
verificação da medição, analise, teste ou avaliação de uma ou mais características de um 
objecto (planta) e comparação dos resultados com os parâmetros estabelecidos e 
determinar se foi alcançada conforme as características do processo ou de uma forma 
simplificada como sendo regulação, direcção e comando. 
O sistema de controlo pode ser classificado da seguinte forma: 
 Automático, 
 Manual 
 Semiautomático. 
Controlo automático: onde o controlo é feito sem intervenção do homem. 
Controlo manual: o homem avalia o estado do objecto e toma decisões. 
Controlo semiautomático: a recolha e tratamento das informações são feitas pelos 
aparelhos e a decisões são tomadas pelo homem. 
 A teoria de controlo automático considera-se relativamente como base da 
ciência moderna. As principais questões e métodos de controlo observa-se em teorias 
clássicas que continuam cada vez mas em desenvolvimento em direcção a sistemas de 
controlo inteligentes. A teoria de controlo automático é chamada como a ciência dos 
sistemas por incluir muitos métodos de engenharia. 
 O controlo automático moderno esta ideologicamente estabelecido no controlo 
"clássico" e com o objetivo de "otimização como um todo", transformando-se em um 
conjunto de métodos e ferramentas de controlo inteligente de sistemas inteligentes. A teoria 
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da regulação e controle automáticos estão entre disciplinas científicas que juntas 
representam o conjunto de ciências de comando e controlo. 
 Atualmente as teorias de controlo automático é a única base científica para 
resolver problemas de regulação de modelos de várias naturezas (físico, químicos, 
biológicos, etc.), que possui métodos desenvolvidos de pesquisa de sistemas de controlo 
automático - análise e síntese (cálculo e projecto). 
 Em geral a ciência que trata da regulação chama-se Cibernética. Ela dedica-
se ao estudo de sistemas de diferentes naturezas, capaz de perceber, guardar, reciclar e 
usar esses dados para regulação e controlo. Independentemente de qual natureza, os 
sistemas de estudos poder ser técnicos, económicos, biológicos e outros. A teoria de 
controlo automático entra ou faz parte da cibernética técnica. Considera-se os seguintes 
itens de estudos em controlo automático: 
 Estudo e definição do princípio de controlo (maquinas, aparelhos, fresadoras e 
outros) 
 Recolha e analise das informações sobre propriedades do sistema e as condições de 
operação e exploração do mesmo. 
 Algoritmos de controlo e criação de dispositivos de controlo, 
 A tarefa do controlo automático é fazer com que o processo de regulação 
ocorra sem a mínima interferência humana. 
 As actividades automáticas sem intervalos estão a crescer em varias 
esferas indústrias por causa dos seguintes motivos: 
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 Com o aprimoramento e desenvolvimento de vários métodos de controlo de 
processos exige-se velocidade e esforços muito superiores a capacidade 
humana. 
 Em processos com controlo automático cresce consideravelmente os 
indicadores técnico-económicos de produção por causa da redução do fluxo de 
exploração e aumento da confiabilidade do processo conforme os parâmetros 
exigidos. 
 Surgimento e desenvolvimento de indústrias na qual o controlo do processo não 
é acessível para pessoas ou prejudicial a saúde (produção química, energia 
atómica e etc.) 
Com o controlo automático as máquinas resolvem tarefas complexas como: 
 Arranque da máquina 
 Protecção contra situações anormais 
 Definição de programa de modo (regime) de operação 
 Regulação do modo (regime) de funcionamento 
 Na resolução de determinadas tarefas, tem um papel importante na 
regulação automática garantidoo controlo sem a intervenção humana, valores predefinidos 
de uma ou mas unidades, definindo regime de funcionamento das máquinas, aparelhos, 
fresadoras e outros sistemas técnicos. Desta maneira considera-se a regulação automática 
como uma das partes do controlo automático. 
O controlo automático é aplicado nas diferentes áreas da sociedade tais como: 
 Energia 
 Comunicações 
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 Transportes 
 Processos Industrias 
 Manufactura 
 Mecatronica 
 Electroelectronica 
 Economia 
 Biologia 
 Medicina 
O controlo automático tem a finalidade de controlar um sistema para poder melhorar as 
suas características querendo com isto mostrar que o sistema é o objecto de acção de 
controlo. 
TIPOLOGIA DE SISTEMAS 
 Durante o nosso cotidiano ouvimos falar de sistemas e em varias escalas 
desde as telecomunicações, economia, medicina, técnicos e tecnológicos entre outros. Mas 
o que é entendem-se como sistema? 
 A palavra sistema é derivada de “syn” que significa junto e “hystanai“ que 
significa estabelecer que de forma literária fica compreendido com “estabelecer juntos” ou 
entender como “funcionar juntos”. 
 Diante disto vários cientistas definiram como uma agregação ou reunião de 
objetos coesos em alguma interação regular ou interdependente ou como sendo qualquer 
grupo de partes que possuem interação, inter-relação, ou interdependência e de forma 
complexa e unificada, possuindo uma proposição específica, também podemos encontrar em 
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literaturas como sendo um conjunto de componentes relacionados e interligados entre si 
para um determinado objectivo. 
 
Fig.2- Sistema 
 Já compreendendo o que é um sistema agora precisamos juntar o sistema e o 
controlo automático na nossa área de acção “ ENGENHARIA” que é o nosso objectivo central. 
 Sistemas automáticos aplicados em automação de processos de produção 
dependendo da relação entre as características e o volume de operação realizada por eles, 
pode-se dividir em sistema de controlo automático, regulação automática, comando 
automático, rastreamento e protecção automática e outros não menos importantes. Os 
sistemas automático poder ser combinados, quer dizer, apresenta um conjunto de sistema. 
Por exemplo o sistema de regulação automática esta constituído com o sistema de controlo 
automático e o sistema de comando automático. Sistemas automáticos também podem ser 
diferentes dependendo do tipo de dispositivos, parâmetros, programas, construção, etc. 
 Nesta aula abordaremos um pouco sobre os sistemas que farão parte do 
nosso cotidiano, desde as suas classificações e sua utilidade nas indústrias. 
 
 
 
 
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Sistema de comando automático e sistema de rastreamento 
1. Classificação 
 De acordo a configuração 
 Sistema de estabilização automática 
 Sistema de controlo por software 
 Sistema de rastreamento 
 Sistema por estabilização automática é um sistema cujo o algoritmo de 
funcionamento contem uma instrução para manter contante a variável controlada. Estes 
sistemas são os mas usados em processos indústrias automáticos. Eles são usados para 
estabilizar as variáveis físicas conforme o estado tecnológico da planta. 
x(t)= const. 
 
 
 
 Fig.3- Estabilizadores 
 Sistema por software neste sistema o algoritmo de funcionamento contem uma 
instrução para alterar a variável controlada de acordo com a função predeterminada em 
relação ao tempo. 
 x(t)= fp(t) 
 
 Fig.4- Programa 
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 Sistema de rastreamento o algoritmo de funcionamento contem uma instrução 
para alterar a variável controlada de acordo com a função indeterminada (desconhecida) 
em relação ao tempo. 
 x(t)= fr(t) 
 
 
 Fig. 5-Torno 
 De acordo ao princípio de comando 
 Sistema de controlo de malha aberta 
 Sistema de controlo de malha fechada 
 Sistema de controlo combinados 
OBS: Este conteúdo será visto conforme o programa curricular da disciplina 
 De acordo a natureza de sinais de controlo 
 Sistema de controlo automático continúo ou analógico 
 Sistema de controlo automático discretos 
 Sistema Digital 
 Sistema de pulsos 
 Sistema por reles 
 Sistema de controlo analógico, os sinais contínuos ou analógicos operam em todo 
o tempo. 
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 Sistema de controlos discretos, existe pelo menos um sinal discreto em 
intervalos de tempo definido. Neste tipo estão incorporados os dispositivos de computação 
digital como microprocessadores, controladores, dispositivos electrónicos. 
 De acordo as características das condições de funcionamento 
 Sistema de controlo automático com leis de regulação e estruturas fixas 
 Sistema de controlo automático com leis de regulação e estruturas variáveis 
 Sistema de configurações automáticas 
 Sistemas de autoaprendizagem 
 Sistema de auto-organização 
 De acordo as relações matemáticas 
 Sistemas Lineares 
 Sistemas não Lineares 
 OBS: Este conteúdo será visto conforme o programa curricular da disciplina 
 De acordo a quantidade de saídas 
 Unidimensional 
 Multidimensional 
 O multidimensional divide-se em sistema de comando conectados e não 
conectados. Nos sistemas de comando conectados, os dispositivos isolados estão 
conectados internamente entre si. Os separados dentro de um sistema multidimensional 
chamam-se autónomo se a variável de saída controlada não depende de outras variáveis 
controladas. 
 
 
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 De acordo a acção de controlo 
 Com busca 
 Sem busca 
 Sistema de controlo sem busca: a acção de controlo é gerada comparando o 
valor real da variável controlada com o valor predefinido. Tais sistemas são usados para 
comandar objectos (plantas) relativamente iguais, cujas características foram bem 
estudadas e antecipadamente conhecidas a que direcção e ate que ponto pode ser alterada 
a variável de controlo para um desvio definido em relação ao valor predefinido da variável 
controlada. 
 Sistema de controlo por busca: aqueles que a acção de controlo forma-se com 
a ajuda de experimentos de várias acções de controlo e resultado das análises deste 
experimento. Estes procedimentos de busca da acção de controlo correcta acontece 
naquelas situações quando as características do objecto altera ou não e totalmente 
conhecida. Este sistema é conhecido como sistema de informações incompletas. 
 De acordo a relação entre o valor controlado no estado estacionário e a magnitude 
da perturbação 
 Estático 
 Astático 
 Estático: são aqueles que possui a relação entre a variável controlado em 
regime estacionário com o valor da perturbação. 
Astático: não existe relação entre o valor controlado e o valor de perturbação. 
 
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 De acordo a fonte de energia 
 Acção directa 
 Acção indirecta 
 Acção directa: são aqueles em que a variável controlada é criada através da 
ajuda da energia da plantade controlo. Com ele se relacionam sistemas de estabilização 
simples (nível, fluxo, pressão) pelo qual o sensor através de alavanca actua directamente no 
elemento final. 
 Acção indirecta: no qual a acção de controlo é criada devido a fonte de energia 
externa. 
 
2. Leis de controlo automático 
 O algoritmo de funcionamento é um conjunto de requisitos que levam a 
execução correcta dos processos tecnológicos em qualquer dispositivo ou um conjunto de 
sistemas. 
 De acordo ao algoritmo de funcionamento 
 Algoritmo de estabilização 
 Algoritmo de software 
 Algoritmo de rastreamento 
 
 
 
 
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 Algoritmo de estabilização é aquele que requer continuidade vectorial no estado 
da saída da planta de controlo e igualdade no valor predefinido. 
Yz = const 
 
 Algoritmo de software para aquelas características de alteração vectorial do 
estado de saída da planta de controlo por lei a ser conhecida ou programas. 
Yz(t)=Fz(t) 
 
 Algoritmo de rastreamento o funcionamento do objecto de controlo 
caracteriza a exigência de lei de alteração vectorial do estado da saída da planta antes não 
conhecida. 
Yz(t)=Fo(t) 
 
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 Algoritmo de controlo: conjunto de requisitos que definem o caracter de 
acção do anel da planta de controlo, garantindo o seu algoritmo de funcionamento. 
 Algoritmo de funcionamento do dispositivo de controle: relação entre o 
dispositivo de controlo e a acção definida, variável controlada e a perturbação adicional. 
 Algoritmo de funcionamento da planta de controlo: relação entre a variável 
controlada e a acção da perturbação principal e controlada. 
 Estrutura algoritma: apresenta-se como conjunto de interligação de anéis 
algoritmos e a caracterização de algoritmos de conversão de informação. 
 Anel algoritmo: corresponde a formação de sinais de algoritmos matemáticos 
ou lógicos. Este tipo de algoritmo pode ser estático, logico, aritméticos e dinâmicos. 
Anel estático: transforma o sinal de entrada na saída instantaneamente sem inercia. A 
conectividade entre o sinal de entrada e sinal de saída é definido através de uma equação 
algébrica simples. 
Anel dinâmico: transforma o sinal de entrada na saída de acordo com as operações de 
integração e diferencias no tempo. A ligação entre o sinal de entrada e de saída define-se 
como uma equação diferencial ordinária. 
Anel aritmético: representa uma das funções aritméticas. Multiplicação, divisão, subtração e 
adição. Em sistemas de controlo encontra-se na maioria das vezes a função de adição dando 
nome ao dispositivo de Somador. 
Anel logico: executa qualquer função logica como AND, OR, NOT e outras. O sinal de entrada e 
saída são sinais discretos simples e considera-se como variáveis booleanas. 
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3. Sistema de comando automatizado na produção 
 Sistema de rastreamento: sistema automático na qual a variável de saída reproduz 
com certa precisão a variável de entrada cuja alteração é desconhecida. O sistema de 
rastreamento usa-se para vários objectivos. Pela qualidade da variável de saída este 
sistema pode ser observado em diferentes variáveis. Umas das variedades mas comuns é o 
sistema de controlo de posição dos objectos. Este sistema pode ser visto como evolução e 
melhorias no sistema de transmissão remota de deslocamentos angulares ou lineares onde 
a variável de regulação é o angulo de rotação do objecto. 
 Sistema adaptado: sistema de comando automático na qual automaticamente 
altera o modo de funcionamento da parte controladora para um controlo melhor. A relação 
entre a tarefa dada e os possíveis métodos de resolução pode ser feito por diferentes leis 
de controlo, por isto este sistema tem vários tipos como: 
 Sistema de regulação funcional adaptativa, onde a acção de controlo é a função 
de qualquer parâmetro. 
 Sistema de regulação limitada adaptativa, no qual mantem as variáveis no limite 
em um ou vários parâmetros da planta. 
 Sistema de regulação ideal adaptativo é onde considera-se um conjunto de vários 
factores com a ajuda de critérios complexos. De acordo com estes critérios 
podem ser alterados parâmetros de regulação e variáveis.