Atualmente, os sistemas de controle encontram um vasto campo de aplicação na orientação, navegação e controle de mísseis e veículos espaciais, bem como em aviões e navios. Por exemplo, os navios modernos utilizam uma combinação de componentes elétricos, mecânicos e hidráulicos para gerar comandos de leme em resposta a comandos de rumo desejado. Os comandos de leme, por sua vez, resultam em um ângulo do leme que orienta o navio.
Encontramos sistemas de controle por toda a indústria de controle de processos, regulando o nível de líquidos em reservatórios, concentrações químicas em tanques, e a espessura do material fabricado. Por exemplo, considere um sistema de controle de espessura para uma laminadora de acabamento de chapas de aço. O aço entra na laminadora de acabamento e passa por rolos. Na laminadora de acabamento, raios X medem a espessura real e a comparam com a espessura desejada. Qualquer diferença é ajustada por um controle de posição de um parafuso que altera a distância entre os rolos através dos quais passa a peça de aço. Esta alteração na distância entre os
rolos regula a espessura.
Os desenvolvimentos modernos têm presenciado uma utilização generalizada de computadores digitais como parte dos sistemas de controle. Por exemplo, computadores são utilizados em sistemas de controle de robôs industriais, veículos espaciais e na indústria de controle de processos. É difícil imaginar um sistema de controle moderno que não utilize um computador digital.
O ônibus espacial contém inúmeros sistemas de controle operados por um computador de bordo em regime de tempo compartilhado. Sem sistemas de controle, seria impossível orientar a nave para e da órbita terrestre ou ajustar a órbita propriamente dita e manter o suporte à vida a bordo. Funções de navegação programadas nos computadores da nave utilizam dados do hardware da nave para estimar a posição e velocidade do veículo. Essa informação é passada para as equações de guiamento que calculam os comandos para os sistemas de controle de voo da nave, os quais manobram a espaçonave. No espaço, o sistema de controle de voo gira os motores do sistema de manobra orbital (OMS — orbital maneuvering system) para uma posição que fornece um impulso na direção comandada para manobrar a nave. Na atmosfera terrestre, a nave é manobrada por comandos enviados do sistema de controle de voo às superfícies de controle, como, por exemplo, os elevons.
Neste grande sistema de controle representado pela navegação, orientação e controle existem inúmeros subsistemas para controlar as funções do veículo. Por exemplo, os elevons requerem um sistema de controle para assegurar que a posição deles é, de fato, aquela que foi comandada, uma vez que perturbações, como o vento, poderiam girar os elevons, afastando-os de sua posição comandada. De modo análogo, no espaço, o giro dos motores de manobra orbital requer um sistema de controle similar, para assegurar que o motor de giro possa realizar sua função com velocidade e exatidão. Sistemas de controle também são utilizados para controlar e estabilizar o veículo durante sua descida ao sair de órbita. Diversos pequenos jatos que compõem o sistema de controle de reação (RCS — reaction control system) são utilizados inicialmente na exosfera, onde as superfícies de controle são ineficazes. O controle é passado para as superfícies de controle à medida que a órbita decai e a nave entra na atmosfera.
No interior da nave, diversos sistemas de controle são necessários para a geração de energia e para o suporte à vida. Por exemplo, o veículo orbital possui três geradores de energia de célula de combustível que convertem hidrogênio e oxigênio (reagentes) em eletricidade e água que são utilizadas pela tripulação. As células de combustível envolvem o uso de sistemas de controle para regular a temperatura e a pressão. Os reservatórios de reagentes são mantidos à pressão constante à medida que a quantidade dos reagentes diminui. Sensores nos reservatórios enviam sinais para os sistemas de controle para ligar ou desligar os aquecedores, para manter a pressão dos reservatórios constante (Rockwell International, 1984).
Os sistemas de controle não estão limitados à ciência e à indústria. Por exemplo, um sistema de aquecimento de uma residência é um sistema de controle simples, que consiste em um termostato que contém um material bimetálico que se expande ou se contrai com a variação da temperatura. Essa expansão ou contração move um frasco de mercúrio que atua como interruptor, ligando ou desligando o aquecedor. A quantidade de expansão ou contração necessária para mover o interruptor de mercúrio é determinada pela regulagem de temperatura.
Sistemas de entretenimento domésticos também têm sistemas de controle embutidos. Por exemplo, em um sistema de gravação de disco óptico, cavidades microscópicas, representando as informações, são gravadas no disco por um laser durante o processo de gravação. Durante a
reprodução, um feixe de laser refletido focado nas cavidades muda de intensidade (Figura 1.5). As mudanças de intensidade da luz são convertidas em um sinal elétrico e processadas como som ou imagem. Um sistema de controle mantém o feixe de laser posicionado nas cavidades, que são cortadas na forma de círculos concêntricos.
FIGURA 1.5 Sistema de reprodução óptico: a. lente objetiva lendo as cavidades em um disco óptico; b. trajetória do raio óptico para a reprodução, mostrando o espelho de rastreamento que é girado por um sistema de controle,
para manter o feixe de laser posicionado nas cavidades. (Pioneer Electronics (USA), Inc.)
Existem inúmeros outros exemplos de sistemas de controle, do cotidiano ao extraordinário. À medida que inicia seus estudos sobre a engenharia de sistemas de controle, você ficará mais consciente da grande variedade de aplicações.