Sistemas de controle e servomecanismos

Sistemas de controle e servomecanismos

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Introdução e transformada de Laplace

1- INTRODUÇÃO 1.1- DEFINIÇÕES

É uma disposição, conjunto ou coleção de partes conectadas ou relacionadas de tal maneira a formarem um todo. Pode ser físico, biológico, econômico, etc.

Sistema Entrada Saída

Estuda como agir sobre um dado sistema de modo a obter um resultado arbitrariamente especificado.

• CONTROLADOR Dispositivo utilizado para a obtenção do controle de um sistema.

• SISTEMA DE CONTROLE Conjunto formado pelo sistema a ser controlado e o controlador.

• ENTRADAS São grandezas que estimulam, excitam um sistema.

• SAÍDAS São as reações, respostas, do sistema a um ou mais estímulos externos.

É uma grandeza ou condição que é medida e controlada. Normalmente é a saída ou resposta do sistema.

É uma grandeza ou condição que é variada pelo controlador para que modifique o valor da variável controlada. No controle pode-se medir o valor da variável controlada do sistema e aplicar uma ação ao sistema através da variável manipulada para corrigir ou limitar o desvio do valor medido em relação a um valor desejado.

São sinais que tendem a afetar adversamente o valor da saída do sistema.

Se a perturbação for gerada dentro do sistema, ela é denominada perturbação interna, enquanto que uma perturbação (distúrbio) externa é gerada fora do sistema e constitui uma entrada.

Refere-se a uma operação que, mesmo na presença de perturbações ou distúrbios, tende a reduzir a diferença entre a saída do sistema e alguma entrada de referência e que opera com base nessa diferença.

É um sistema que mantém uma determinada relação entre a saída e alguma entrada de referência comparando-as e utilizando a diferença como um meio de controle. Exemplo: um sistema de controle da temperatura ambiente.

Os sistemas de controle realimentados não estão limitados a aplicações de

Engenharia. Um exemplo é o sistema de controle da temperatura do corpo humano, que é um sistema altamente avançado.

É uma parte de um equipamento, eventualmente um conjunto de itens de uma máquina que funcionam juntos, cuja finalidade é desempenhar certa operação. No nosso caso é qualquer objeto físico a ser controlado, como por exemplo: um forno, uma aeronave, etc.

“É uma operação ou desenvolvimento natural, que evolui progressivamente, caracterizado por mudanças graduais que se sucedem, um em relação às outras, de um modo relativamente fixo (ordenado) e conduzindo a um resultado ou finalidade particular; - uma operação artificial ou voluntária, que evolui progressivamente e que consiste em uma série de ações controladas ou movimentos sistematicamente dirigidos objetivando um resultado ou finalidade particular.”

1.2. APRESENTAÇÃO DOS SISTEMAS DE CONTROLE

· Servossistema (servomecanismo)

É um sistema de controle realimentado em que a saída é alguma posição, velocidade ou aceleração mecânicas. O termo servossistema e sistema de controle de posição (ou velocidade ou aceleração) são sinônimos. São sistemas extensivamente usados na indústria moderna.

• Sistema regulador automático

É um sistema de controle realimentado em que a entrada de referência ou a saída desejada ou é constante ou varia lentamente com o tempo e que tem como tarefa principal manter a saída real no valor desejado na presença de perturbações.

• Sistema de controle de processos

É um sistema regulador automático no qual a saída é uma variável tal como temperatura, pressão, fluxo, nível de líquido ou pH. É exaustivamente usado na indústria.

• Sistema de controle a malha fechada (SCMF)

Nome dado ao sistema de controle realimentado. Num SCMF a diferença entre a referência (sinal de entrada) e a medida da variável controlada (sinal realimentado), também chamada de sinal de erro atuante, é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e trazer a saída do sistema a um valor desejado. O termo controle a malha fechada sempre implica o uso de ação de controle realimentado a fim de reduzir o erro do sistema.

Sistema

Saída Comparação Controlador

Dispositivo de medida

Resposta desejada

(Set Point)SP (Variável de Processo)

Sinal de controle (Variável manipulada)

Sensor + Transmissor

· Sistema de controle a malha aberta (SCMA)

É aquele sistema em que a saída não tem nenhum efeito sobre a ação de controle. Em outras palavras, em um SCMA a saída não é medida nem realimentada para comparação com a entrada. Exemplo: máquina de lavar roupas.

Sistema SaídaDispositivo de atuação

Resposta desejada

• Sistema de controle robusto É um sistema de controle que é insensível a variações de parâmetros.

• Sistema de controle adaptativo

É aquele sistema que tem a habilidade de se auto-ajustar ou automodificar de acordo com variações imprevisíveis nas condições de ambiente ou de estrutura. O próprio sistema de controle detecta variações nos parâmetros da planta e faz os ajustes necessários no nos parâmetros do controlador a fim de manter um desempenho ótimo.

• Sistema de controle com aprendizado É aquele sistema de controle que tem habilidade de aprender.

• Controle por pré-alimentação - feed foward control

O controle por pré-alimentação está se empregando largamente. Distúrbios do processo são medidos e compensados sem se esperar que uma mudança na variável controlada indique que um distúrbio ocorreu. O controle pré-alimentado é também útil onde a variável de controle final não pode ser medida.

No exemplo mostrado na figura acima, o controlador feed foward possui habilidade computacional: usa a taxa de vazão e temperatura medidas na entrada do líquido para calcular a taxa de vapor necessária para manter a temperatura desejada do líquido de saída.

Raros são os modelos e controladores perfeitos; assim, é preferível uma combinação de controle pré e realimentado como mostrado abaixo.

O arranjo de um controlador fornecendo o ponto de ajuste para outro controlador é conhecido como controle em cascata e é comumente usado no controle por realimentação.

1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE CONTROLE

1.4 CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS 1.4 CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

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