malha fechada

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CONTROLE E 
AUTOMAÇÃO DA 
PRODUÇÃO
Rodrigo Rodrigues
Sistemas operando em malha 
fechada com realimentação 
negativa
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Diferenciar os sistemas de controle em malha fechada dos em 
malha aberta.
  Reconhecer as vantagens e desvantagens da aplicação do sis-
tema de malha fechada.
  Entender o conceito de realimentação negativa.
Introdução
Neste texto, você conhecerá os sistemas que operam em malha fe-
chada e suas diferenças em comparação aos sistemas de controle em 
malha aberta. Da mesma forma, você aprenderá as vantagens e des-
vantagens dos sistemas de controle em malha fechada. Por fim, sa-
berá onde e como normalmente funciona a realimentação negativa.
Sistemas de controle em malha fechada
Como você já sabe, um sistema de controle tenta impor às variáveis de saída 
um determinado comportamento, cujas referências são as variáveis de en-
trada. Em um sistema de controle com realimentação, a variável de saída é 
comparada continuamente com a referência, que é a variável de entrada, a 
fim de detectar e corrigir eventuais desvios do comportamento previsto para 
o sistema. Assim, as variáveis de entrada também são denominadas variáveis 
de referência do sistema de controle. As variáveis de saída são chamadas de 
controladas.
Segundo Maya e Leonardi (2014), os sistemas de controle com realimen-
tação podem ser classificados em:
  Sistema regulador: a variável de saída deve manter um valor constante, 
igual ou proporcional ao valor fixo de referência da variável de entrada. 
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São comuns os reguladores de velocidade, de temperatura, de nível 
líquido em um reservatório etc.
  Sistemas rastreadores ou de acompanhamento (tracking systems): as 
variáveis de saída devem seguir ou acompanhar as variáveis de en-
trada. São exemplos os servomecanismos, os sistemas que procuram 
perseguir um alvo móvel ou uma posição variável de referência.
Um sistema de controle realimentado é aquele que tende a manter uma 
relação prescrita entre entrada e saída de referência, comparando-as e utili-
zando a diferença como um meio de controle (OGATA, 2010).
Os sistemas de controle realimentados não se limitam ao campo da engenharia, mas 
podem ser encontrados em várias outras áreas, como economia e biologia.
Os sistemas de controle com realimentação também são denominados 
sistemas de controle em malha fechada. E, como já vimos, os sistemas sem 
realimentação são chamados sistemas de controle em malha aberta.
As desvantagens dos sistemas a malha aberta são, especificamente, a sen-
sibilidade a perturbações e a incapacidade de corrigir os efeitos dessas per-
turbações. Essas deficiências podem ser superadas nos sistemas de malha fe-
chada. A arquitetura de um sistema de malha fechada é mostrada na Figura 1.
Figura 1. Arquitetura de um sistema em malha fechada.
Fonte: Bolton (2010, p. 20).
Chave
Aquecedor
elétrico
Saída:
temperatura
constante
Dispositivo
de mediçãoRealimentação do sinal relativo à temperatura
temperatura
desejada
Elemento de
comparação
Sinal de
desvio
Energia
elétrica
Entrada: Controlador,
isto é, uma pessoa Ativado
manualmente
O transdutor de entrada converte a entrada para o formato usado pelo 
controlador. A resposta de saída é medida por um transdutor ou sensor, e con-
vertida no formato lido pelo controlador.
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Vantagens e desvantagens dos sistemas 
em malha fechada
Vantagens
O sistema de malha fechada compensa perturbações por meio da medição da 
resposta de saída, transmitindo essa medição por um canal de retroação para 
comparar essa resposta com a entrada na junção de adição. Se houver alguma 
diferença entre as duas respostas, o sistema agirá sobre a planta para fazer a 
correção por meio do sinal atuante. Caso não haja diferença, o sistema não 
agirá sobre o processo.
Desse modo, uma das principais vantagens dos sistemas em malha fe-
chada, sobre os em malha aberta, é a precisão. E, ainda, são menos sensíveis a 
ruídos, a perturbações e a mudanças nas condições ambientais.
Nos sistemas em malha fechada, é possível o controle da resposta transi-
tória e do erro de estado estacionário de forma mais conveniente e com maior 
flexibilidade. Isso é feito, na maioria das vezes, por meio de um ajuste de 
ganho (amplificação) na malha, ou reprojetando o controlador.
Desvantagens
Chamamos de reprojeto a compensação do sistema e o hardware resultante 
como compensador. Contudo, é possível perceber que os sistemas de malha 
fechada são mais complexos e caros comparados aos sistemas de malha aberta 
(NISE, 2002).
Veja a comparação entre sistemas de controle programados e sistemas de 
controle com realimentação (MAYA; LEONARDI, 2014):
  Sistema programado: sistema de pontaria de uma luneta fixa em terra 
firme, para acompanhar a posição de uma estrela. Uma vez que a astro-
nomia permite determinar com exatidão a posição da estrela em cada 
instante, o sistema pode ser programado para posicionar a luneta em 
função do tempo.
  Sistema de controle em malha fechada: sistema de pontaria de uma 
luneta situada em uma base móvel (em uma boia em alto-mar, por 
exemplo) para rastrear a posição de uma estrela. Os desvios de pontaria 
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da luneta devidos às ondas são detectados com auxílio da realimen-
tação e corrigidos pelo sistema.
Realimentação negativa
Um sistema tem realimentação quando mede uma variável em sua saída e faz 
sua correção na sua entrada, com base nessa medição. Realizar uma realimen-
tação, então, é a operação de medir na saída e atuar na entrada. Por exemplo, 
em um controle de vazão, o elemento sensor é colocado depois da válvula de 
controle, para não provocar distúrbio na medição que é feita na entrada do 
processo, e a atuação, na saída do processo.
A realimentação pode ser positiva ou negativa.
Quando a atuação no processo é feita para aumentar o desvio entre a me-
dição e o ponto de referência, a realimentação é positiva. É feita uma medição 
e comparada com um valor de referência e, então, se atua no processo. Quando 
a medição for maior que o ponto de ajuste, atua-se para aumentar a medição e, 
quando for menor, atua-se para diminuir a medição. Uma malha apenas com 
realimentação positiva leva o sistema ou para o mínimo ou para o máximo.
Em controle de processo, a realimentação predominantemente positiva ou 
não apresenta nenhuma vantagem prática. Para fins de balanceamento, nos 
circuitos dos controladores tem-se a realimentação positiva acompanhada da 
realimentação negativa.
Nas malhas fechadas de controle, normalmente, é utilizado o princípio 
de realimentação negativa. A realimentação negativa estabiliza o processo 
e diminui o seu ganho. Podemos dizer que há cinco partes essenciais em um 
sistema de controle com malha de realimentação negativa:
  o meio de medição pode ser o elemento sensor ou o transmissor com 
um elemento sensor, eleva um sinal proporcional ao valor da variável;
  o mecanismo de comparação entre o valor da variável medida e o ponto 
de referência estabelecido de modo arbitrário, manual ou remotamente;
  o controlador do processo, que gera automaticamente um sinal analó-
gico, que é uma função matemática do erro detectado (diferença entre 
medição e ponto de ajuste);
  o elemento final de controle, que manipula a variável que influencia na 
variável controlada, recebendo o sinal da saída do controlador;
  o processo, que é o motivo da existência da malha de controle.
53Sistemas operando em malha fechada com realimentação negativa
Automacao_U2C06.indd 53Automacao_U2C06.indd 53 16/09/2016 11:02:2316/09/2016 11:02:23Há duas realimentações negativas na malha de controle:
  Na malha externa de controle: é feita a medição da variável controlada 
e comparada com uma referência externa do controlador e gera-se uma 
ação corretiva que vai para o elemento final de controle.
  No circuito interno do controlador: é recebida a medição da variável 
controlada, comparada com o ponto de ajuste de referência e a entrada 
do controlador é realimentada para estabilizar com sua saída em um 
valor finito.
Figura 2. Sistema de realimentação negativa.
Fonte: Bolton (2013, p. 319).
X (s)Y(s)
G(s)
Realimentação
Erro
H(s)
Um controlador com realimentação negativa apresenta as seguintes carac-
terísticas:
  a ação do controlador é corretiva, por tanto só atua quando é detectado 
algum desvio entre a medição e o ponto de ajuste;
  a detecção do erro entre a medição e o ponto de ajuste pode ser rápida, 
porém, a resposta de toda a malha de controle pode ser demorada, de-
vido à grande inércia e tempo morto do processo: o atraso da resposta 
resulta em mau controle e produto fora da especificação;
  a malha de controle tende a entrar em oscilação, e as oscilações, mesmo 
amortecidas, demonstram a ocorrência de tentativa e erro;
  o controlador sempre mede uma variável na saída do processo e mani-
pula uma variável na entrada;
  o sistema de controle mede as alterações na variável controlada, que 
são consequências dos distúrbios;
  o controlador só atuará na variável manipulada se for detectado o 
desvio na variável controlada;
  base matemática da ação corretiva da malha fechada com realimen-
tação negativa é o erro existente entre a medição da variável e o valor 
ajustado de referência;
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  quando o erro entre medição e ponto de ajuste for zero, a saída do con-
trolador será constante e diferente de zero.
Outros instrumentos podem ser adicionados à malha básica de controle, 
para otimizar o seu funcionamento como, por exemplo, pode-se colocar equi-
pamentos para: condicionar, converter, traduzir, transformar, amplificar, ate-
nuar e filtrar os sinais de informação e de atuação do controle. A malha pode 
desempenhar não só o controle, mas funções de registro, totalização e alarme. 
Também é comum o uso de controle manual, como alternativa ao controle 
automático, o que torna o sistema mais flexível e seguro.
A malha de controle tem uma realimentação negativa na malha externa de 
controle e outra no circuito interno do controlador. Na malha externa de con-
trole, é feita a medição da variável controlada, a comparação com a de refe-
rência externa do controlador e a ação corretiva que vai para o elemento final 
de controle. Internamente ao controlador, é recebida a medição da variável 
controlada, comparada com o ponto de ajuste de referência e realimentada a 
saída do controlador, para a estabilização da sua saída.
Figura 3. Esquema de realimentação negativa.
Fonte: Ogata (2010, p. 163).
Isso resume o que é um controle à realimentação negativa. Observe as 
figuras a seguir. É irrelevante se há seis elementos na Figura 4a e apenas um 
na válvula autorregulada de pressão (Figura 4b). Na válvula auto-operada, os 
mecanismos estão embutidos nela mesma, não há painel, os ajustes são feitos 
de modo precário na válvula ou nem são disponíveis. Na malha de controle 
convencional, os instrumentos podem ter até circuitos eletrônicos micropro-
cessados.
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É irrelevante também se as variáveis medida e manipulada são as mesmas 
na malha de vazão e na de pressão. O conceito de controle é a realimentação 
negativa, independentemente do meio ou método utilizado.
Figura 4. (a) Malha de controle de vazão. (b) Reguladora de pressão.
Fonte: Dunn (2013).
Na malha de controle de vazão da Figura 4a, a vazão é sentida pela placa 
(FE), o sinal é transmitido (FT), extraída a raiz quadrada (FY-A), chegando 
ao controlador (FIC). Esse sinal de medição é comparado com o ponto de 
ajuste, gerando um sinal pelo controlador (função matemática da diferença 
entre medição e ponto) que vai para a válvula de controle (FCV), passando 
antes por um transdutor corrente para pneumático (FY-B), o qual compatibi-
liza a operação do controlador eletrônico e a válvula com atuador pneumático. 
O objetivo da atuação do controlador é igualar ou aproximar a medição do 
ponto de ajuste.
Do mesmo modo, porém, com menor quantidade de equipamentos, ocorre 
com válvula autorregulada. O valor da pressão a ser controlado é enviado a 
um elemento de comparação localizado no atuador da válvula. Nesse ele-
mento, há um ajuste do valor da pressão a ser controlado. Automaticamente, a 
válvula vai para a posição correspondente ao valor de pressão ajustado.
Ambos os sistemas apresentarão:
  medição da variável controlada;
  ajuste do valor desejado;
  comparação entre medição e ajuste;
  atuação para igualar a medição ao ponto de ajuste.
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Enquanto a medição estiver igual ao ponto de ajuste (situação ideal), a saída do contro-
lador está constante (cuidado: não é igual a zero!). Só haverá atuação (variação na saída) 
quando ocorrer diferença entre medição e ponto de ajuste (RIBEIRO, 2001).
A melhor resposta de uma malha de controle é a realimentação negativa, 
que está longe da perfeição, pois seu princípio de funcionamento se baseia em 
uma imperfeição. Só há controle quando há erro. Mesmo assim, a maioria ab-
soluta dos sistemas de controle fundamenta-se no conceito de realimentação 
negativa. Embora seja lento e suscetível à oscilação, ele é o mais fácil de ser 
realizado.
1. Em um sistema de controle com 
realimentação, a variável de saída 
é comparada continuamente com 
a referência, que é a variável de 
entrada, a fim de detectar e corrigir 
eventuais desvios do comporta-
mento previsto para o sistema. Com 
base nessa informação, é correto 
afirmar que:
a) As variáveis de entrada também 
são denominadas controladas.
b) As variáveis de referência são as 
de saída.
c) O sistema de controle tenta impor 
às variáveis de entrada um deter-
minado comportamento.
d) As variáveis de saída são cha-
madas de controladas.
e) Tanto as variáveis de entrada 
quanto as de saída podem ser 
denominadas de variável de 
referência.
2. Analise as afirmações abaixo e assi-
nale a alternativa correta:
a) No sistema de controle em malha 
fechada utiliza-se um atuador 
para comparar continuamente a 
saída de um sistema com a con-
dição desejada, além de converter 
o erro em uma ação de controle 
com a finalidade de reduzi-lo.
b) O erro pode diminuir em conse-
quência de alguma alteração nas 
condições do sistema controlado 
ou por causa de uma mudança 
no valor desejado.
c) O termo controle digital direto 
é usado quando o computador 
está em malha aberta e exer-
cendo, assim, o controle.
d) Modo de controle é a forma 
como controlador pode reagir 
aos sinais de erro.
e) Um aquecedor elétrico que é li-
gado ou desligado manualmente 
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BOLTON, W. Mecatrônica: uma abordagem multidisciplinar. 4. ed. Porto Alegre: Book-
man, 2010.
DUNN, W. C. Fundamentos de instrumentação industrial e controle de processos. Porto Ale-
gre: Bookman, 2013.
MAYA, P.; LEONARDI, F. Controle essencial. 2. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014.
NISE, N. S. Engenharia de sistemas de controle. Rio de Janeiro: LTC, 2002.
OGATA, K. Engenharia de controle moderno. 5. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.
RIBEIRO, M. A. Controle de processo: teoria e aplicações. Salvador: Tek Treinamento & 
consultoria,2001. Disponível em: <http://drb-assessoria.com.br/4mve/4.1Controle.
pdf>. Acesso em: 31 ago. 2016.
para aquecer um ambiente é um 
exemplo de sistema de controle 
em malha fechada.
3. Quanto aos sistemas em malha 
fechada é correto afirmar:
a) Compensa perturbações por 
meio da medição da resposta de 
saída, transmitindo esta medição 
por um canal de retroação para 
comparar essa resposta com a 
entrada na junção de adição.
b) Uma das principais vantagens 
dos sistemas em malha aberta, 
sobre os em malha fechada, é a 
precisão.
c) São mais sensíveis a ruídos, a 
perturbações e a mudanças nas 
condições ambientais.
d) É possível o controle da resposta 
transitória e do erro de estado es-
tacionário, porém, menos conve-
niente e com menor flexibilidade.
e) Os sistemas de malha fechada 
são menos complexos e baratos 
comparados aos sistemas de 
malha aberta.
4. Analise as alternativas a seguir e 
marque a correta:
a) A realimentação é uma medição 
de uma variável na entrada e faz 
sua correção na saída, com base 
nessa medição.
b) A realimentação é sempre 
negativa.
c) Em um sistema de controle não 
existem atrasos (lags).
d) O termo erro de estado esta-
cionário é usado quando não é 
possível fazer correção.
e) Um controlador pode receber um 
sinal de erro como consequência 
de uma alteração no valor da 
variável.
5. Um dos fatores considerados uma 
vantagem do sistema de malha fe-
chada (SCMF) sob o de malha aberta 
(SCMA) é:
a) Custo.
b) Perturbações.
c) Estabilidade.
d) Potência.
e) Distúrbios.
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