Aula1 - Introdução à sistemas de controle

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SISTEMAS DE CONTROLE
AULA 01
SISTEMAS DE CONTROLE
Introdução à sistemas de Controle
� Controle automático representa um papel vital para o
avanço da engenharia e da ciência.
� Possui importância extrema em sistemas de pilotagem de
avião, misseis guiados, veículos espaciais.
� Tornou-se parte integrante e importante nos processos
industriais e de fabricação modernos.
SISTEMAS DE CONTROLE
Introdução à sistemas de Controle
Controle automático é essencial nos sistemas
industriais para o controle de:
a) Vazão.
b) Pressão.
c) Temperatura.
d) Velocidade.
e) Umidade.
f) Viscosidade.
g) Manusear, operar e montar peças mecânicas.
SISTEMAS DE CONTROLE
Introdução à sistemas de Controle
Avanços na teoria e na prática do controle automático
propiciam:
i. Meios de atingir-se o desempenho ótimo de sistemas
dinâmicos.
ii. Melhoria na qualidade.
iii. Diminuição de custos de produção.
iv. Aumento da taxa de produção.
v. Operações manuais repetitivas.
SISTEMAS DE CONTROLE
Introdução à sistemas de Controle
Por todas essas razões os engenheiros e
cientistas devem conhecer e entender
bem sobre sistemas de controle.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA 
James Watt
I. O primeiro trabalho significativo em controle automático foi
o trabalho de James Watt no século XVIII.
II. Ele construiu um controlador centrífugo para uma máquina
a vapor.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA
Monorsky
I. Minorsky em 1922 trabalhou em controladores para
pilotagem de navios.
II. Mostrou que poderia ser determinada a estabilidade a
partir de equações diferenciais que descrevem o
comportamento do sistema.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA
Nyquist
I. Nyquist em 1932 desenvolveu um procedimento
relativamente simples para determinar a estabilidade de
sistemas de malha fechada.
II. Esse procedimento era baseado na resposta a entrada
senoidais de regime permanente de sistemas de malha
aberta.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA
Hazen
I. Hazen introduziu o termo “servomecanismo” para
sistemas de malha fechada cuja variável de saída é
posição, velocidade ou aceleração mecânica.
II. Em 1934, o cientista um projeto a relés capaz de seguir de
perto uma entrada senoidal.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA E MÉTODO DO LUGAR DAS RAÍZES
I. Durante a década de 1940, os métodos de resposta em
frequência possibilitaram aos engenheiros projetarem
sistemas de controles lineares que satisfaziam requesitos
de desempenho.
II. No início dos anos 1950, o método dos lugar das raízes
em projetos de sistemas de controle foi completamente
desenvolvido.
III. O método de resposta em frequência e o método do lugar
das raízes correspondem ao coração da teoria clássica do
controle levaram a sistemas estáveis e que satisfaziam a
requesitos de desempenho.
SISTEMAS DE CONTROLE - REVISÃO HISTÓRICA
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA E MÉTODO DO LUGAR DAS RAÍZES
I. Desde 1950, a ênfase nos problemas de projetos está
sendo transferida para um projeto ótimo.
II. Controle clássico: entrada simples – saída simples.
III. Controle moderno: muitas entradas – muitas saídas.
IV. A disponibilidade de computadores para uso em cálculos
complexos tornou essencial nos sistemas de controle.
V. Aplicações de controle estão nas mais diferentes áreas do
conhecimento humano: engenharia, medicina, economia e
outras.
SISTEMAS DE CONTROLE
DEFINIÇÕES
� Processo: o dicionário Merrian-Webster define um
processo como uma operação ou desenvolvimento natural,
que evolui progressivamente, caracterizado por um série
de mudanças graduais que se sucedem, uma em relação
às outras, de um modo relativamente fixo e objetivando um
particular resultado ou meta; ou uma operação artificial ou
voluntária, que evolui progressivamente e se constitui por
uma série de ações controladas ou movimentos
sistematicamente dirigidos objetivando um particular
resultado ou meta. Designaremos qualquer operação a ser
controlada como um processo.
SISTEMAS DE CONTROLE
DEFINIÇÕES
� Planta: é uma parte de equipamento, eventualmente um
conjunto de itens de uma máquina que funcionam
conjuntamente, cuja finalidade é de desempenhar uma
dada operação. Designaremos qualquer objeto físico a ser
controlado (sistema a controlar) – uma nave espacial, um
reator químico, uma caldeira, um motor, entre outros.
� Sistema: Um sistema é uma combinação de componentes
que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo. Um
sistema não é limitado a algo físico. O conceito de sistema
pode ser aplicado a fenômenos abstratos, dinâmicos, como
os encontrados em economia. A palavra “sistema” deve
ser interpretada para designar sistemas físicos, biológicos,
econômicos e outros.
SISTEMAS DE CONTROLE
DEFINIÇÕES
� Controlar: controlar significa medir o valor da variável
controlada e aplicar o valor conveniente da variável
manipulada ao sistema de modo a corrigir ou limitar o
desvio entre o valor medido e o valor desejado da variável
controlada.
� Variável manipulada: variável manipulada é a grandeza
ou condição variada pelo controlador de modo a afetar o
valor da variável controlada. A variável controlada
normalmente é a variável de saída do sistema.
� Variável controlada: variável controlada é a grandeza ou
condição que é medida e controlada.
SISTEMAS DE CONTROLE
DEFINIÇÕES
� Distúrbio ou perturbação: Um distúrbio ou perturbação é
caracterizado por um sinal que tende a afetar de modo
adverso o valor da variável de saída de um sistema.
� Entrada: entrada é o sinal de excitação do sistema. Sinal
obtida de uma fonte externa.
� Saída: sinal presente na saída do sistema. Pode ser igual a
entrada ou não.
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ESTRATÉGIAS DE CONTROLE
Controle com retroação: Controle com realimentação.
Sistema com retroação ou malha fechada refere- se a
uma operação que em presença de distúrbios tende a
reduzir a diferença entre o sinal de saída e o sinal de
referência. Esses sistemas operam com base nessa
diferença.
SISTEMAS DE CONTROLE
ESTRATÉGIAS DE CONTROLE
� Sistema de controle de malha aberta: sistemas de
controle nos quais o sinal de saída não afeta a ação
de controle são chamados de sistema de malha
aberta.
SISTEMAS DE CONTROLE
ESTRATÉGIAS DE CONTROLE
Sistema de controle de malha aberta
i. Em um sistema de controle de malha aberta não
se mede o sinal de saída de maneira automática.
ii. Este sinal não é enviado de volta para comparação
com o sinal de entrada.
iii. São sistemas imprecisos.
iv. São sistema de custo baixo.
SISTEMAS DE CONTROLE
� Sistema de controle de malha fechada: sistemas
de controle com realimentação são referidos como
sistemas de malha fechada.
i. Em um sistema de controle de malha fechada o
sinal de erro (diferença entre o sinal de entrada e o
sinal de saída) excita o controlador.
ii. O controlador produz a ação de controle que reduz
o erro. São sistema mais precisos.
iii. São sistemas mais complexos, mais caros e
sujeitos a instabilidade.
SISTEMAS DE CONTROLE
� Aula dada. 
� Aula estudada hoje. 
SISTEMAS DE CONTROLE
Questões
� Cite pelo menos três operações industriais nas quais o controle
automático é essencial.
� Descreva a sequência de ações de funcionamento do primeiro
trabalho significativo em controle automático desenvolvido no
século XVIII.
� O que significa o termo “servomecanismos”?
� Cite os métodos que possibilitaram aos engenheiros projetar
sistemas de malha fechada satisfazendo requisitos de
desempenho como tempo de subida, tempo de acomodação ,
overhoot e erro de regime permanente.
SISTEMAS DE CONTROLE
Questões
� De que tipo de sistema trata a teoria clássica de sistemas de 
controle?
� O que é controle moderno?
� O que é entrada?
� O que é saída?
� O que é variável controlada?
� O que é variável manipulada?
� O que é processo?
� O que é sistema?
� O que é distúrbio?
SISTEMAS DE CONTROLE
Questões
� O que são sistemas a controlar?
� O que é controle com retroação ?
� O que é sistemade controle em malha aberta?
� O que é sistema de controle em malha fechada?
� Enumere as maiores vantagens e desvantagens dos sistemas de 
controle em malha aberta.
� Enumere as maiores vantagens e desvantagens dos sistemas de 
controle em malha fechada.
� Diversos sistemas a malha aberta e malha fechada podem ser 
encontrados em uma residência. Relacione dois exemplos de 
cada e descreva-os.
SISTEMAS DE CONTROLE
Questões
Estudar o capítulo 1. Estudar os exercícios exemplos do final do 
capítulo 1 do livro engenharia de controle moderno – Katsuhiko
Ogata. Resolver os exercícios proposto do mesmo livro.
� Bons estudos. 
� Bom trabalho.