384683-Sistemas_de_Controle_I_aula_1_R

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Sistemas de Controle I
Aula 1: Introdução
Sistemas de controle
• Um sistema de controle consiste de um subsistema e 
processo (planta) desenvolvidos com o propósito de 
obter uma saída desejada com uma performance 
desejada dada uma entrada específica
• Amplie sua visão! Eles estão em todos os lugares...
Introdução Sistemas de Controle I 2
Sistemas de controle
• Exemplo de resposta no tempo de um elevador 
saindo do 1° para o 4° andar
Introdução Sistemas de Controle I 3
Vantagens dos sistemas de controle
• Amplificação de potência
• Controle remoto
• Conveniência de forma de entrada
• Compensação para distúrbios
Introdução Sistemas de Controle I 4
História dos sistemas de controle
• Controle de nível
– Relógio Grego 300 a.C.
Introdução Sistemas de Controle I 5
História dos sistemas de controle
• Controle de nível
– Lâmpada Bizantina
– Banu Musa
– Conheça mais aqui!
Introdução Sistemas de Controle I 6
http://www.muslimheritage.com/article/mechanics-of-banu-musa
História dos sistemas de controle
• Pressão e temperatura
– 1681 Denis Papin
– Panela de pressão
Introdução Sistemas de Controle I 7
História dos sistemas de controle
• Controle de velocidade
– 1745 Edmund Lee
– Moinho de vento
Introdução Sistemas de Controle I 8
História dos sistemas de controle
• Controle de velocidade
– 1778 James Watt
– Maquina à vapor
Introdução Sistemas de Controle I 9
Aplicações contemporâneas
• Desde um forninho elétrico
Introdução Sistemas de Controle I 10
Aplicações contemporâneas
• Até o controle de um gerador de energia
Introdução Sistemas de Controle I 11
Aplicações contemporâneas
• Controle de entrada de recursos governamentais
Introdução Sistemas de Controle I 12
Aplicações contemporâneas
• Veículos híbridos
– Conheça mais aqui!
Introdução Sistemas de Controle I 13
http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/hybrid/
Aplicações contemporâneas
• Veículos híbridos
Introdução Sistemas de Controle I 14
Aplicações contemporâneas
• Veículos híbridos
Introdução Sistemas de Controle I 15
Aplicações contemporâneas
• Veículos híbridos
Introdução Sistemas de Controle I 16
Aplicações contemporâneas
• Veículos híbridos
Introdução Sistemas de Controle I 17
Aplicações contemporâneas
• Computação embutida
– Robótica
Introdução Sistemas de Controle I 18
Aplicações contemporâneas
• Computação embutida
– Robótica
Introdução Sistemas de Controle I 19
Aplicações contemporâneas
• Computação embutida
– Robô para ambientes perigosos
Introdução Sistemas de Controle I 20
O futuro e evolução dos sistemas de controle
Introdução Sistemas de Controle I 21
Sistemas de malha aberta
• Não possuem ajuste do sistema frente à entrada
Introdução Sistemas de Controle I 22
Sistemas de malha fechada
• Possuem ajuste do sistema frente à entrada
Introdução Sistemas de Controle I 23
Sistemas de malha aberta x fechada
• Malha aberta vantagens
– São simples de serem construídos
– São menos dispendiosos
– Não apresentam instabilidade
– Adequados se a realimentação é difícil ou dispendiosa
• Malha aberta desvantagens
– Ruídos e mudanças na calibração causam erros que pode 
apresentar diferenças em relação ao padrão desejado
– Regulagem periódica para que se mantenha qualidade
Introdução Sistemas de Controle I 24
Sistemas de malha aberta x fechada
Introdução Sistemas de Controle I 25
Aplicações contemporâneas
• Controle de glicose no sangue
– A insulina controla a glicose no sangue
– Sistema de malha aberta ou fechada
Introdução Sistemas de Controle I 26
Aplicações contemporâneas
• Controle de glicose no sangue
– A insulina controla a glicose no sangue
– Sistema de malha aberta ou fechada
Introdução Sistemas de Controle I 27
Objetivos de análise
• Resposta transiente
– Relacionado à atuação do elevador 
– Você prefere um elevador rápido ou lento ? 
Introdução Sistemas de Controle I 28
Objetivos de análise
• Resposta de estado estacionário
– Relacionada ao andar de destino.
– Deve haver estabilidade de posição
Introdução Sistemas de Controle I 29
Objetivos de análise
• Estabilidade
– Sistemas de controle são projetados para serem estáveis
– Resposta natural depende do sistema/planta
– Resposta forçada está relacionada à entrada
– Instabilidade está relacionada à oscilação da resposta 
natural no tempo
Resposta total = resposta natural + resposta forçada
Introdução Sistemas de Controle I 30
Objetivos de análise
• Outras considerações
– Características de sensores e atuadores  tempo de 
resposta, acuracia, precisão
– Impacto econômico da solução  custo x benefício
– Robustez os parâmetros podem não resolver para 
determinadas condições do mundo real
• Distúrbio
– Sinal que tende a afetar de maneira adversa a saída
– Pode ser interno ou externo
Introdução Sistemas de Controle I 31
Processo de design do sistema de controle
• Nise (2010)
Introdução Sistemas de Controle I 32
Processo de design do sistema de controle
• Dorf (2008)
Introdução Sistemas de Controle I 33
Estudo de caso
• Controle de ângulo de azimute de antena
– Conceito do sistema
Introdução Sistemas de Controle I 34
Estudo de caso
• Controle de ângulo de azimute de antena
– Esquema detalhado
Introdução Sistemas de Controle I 35
Estudo de caso
• Controle de ângulo de azimute de antena
– Modelo físico 
Introdução Sistemas de Controle I 36
Estudo de caso
• Controle de ângulo de azimute de antena
– Diagrama de blocos
Introdução Sistemas de Controle I 37
Estudo de caso
• Controle de ângulo de azimute de antena
– Respostas possíveis do controle
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Referências
• Dorf, R. C.; Bishop. R. H. Modern Control Systems. 
Pearson: 2008
• Nise, N. S. Control Systems Engineering. Wiley: 2010.
• Ogata, K. Engenharia de Controle Moderno. Pearson: 
2010 
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