A engenharia de sistemas de controle é uma área estimulante, na qual você pode aplicar seus talentos de engenharia, uma vez que ela permeia diversas disciplinas e inúmeras funções dentro delas. O engenheiro de controle pode ser encontrado no nível mais alto de grandes projetos, envolvido na fase conceitual, na determinação ou implementação de requisitos gerais de sistema. Esses requisitos incluem especificações de desempenho total do sistema, funções dos subsistemas e a interconexão dessas funções, incluindo requisitos de interface, projeto de equipamentos, projeto de software e planejamento e procedimento de testes.
Muitos engenheiros estão envolvidos em apenas uma área, como projeto de circuitos ou desenvolvimento de software. Entretanto, como um engenheiro de sistemas de controle, você pode trabalhar em uma área mais ampla e interagir com pessoas de diversos ramos da engenharia e da ciência. Por exemplo, caso você esteja trabalhando em um sistema biológico, precisará interagir com colaboradores das ciências biológicas, engenharia mecânica, engenharia elétrica e engenharia da computação, sem falar da matemática e da física. Você irá trabalhar com esses engenheiros em todos os níveis do desenvolvimento do projeto, desde a concepção, passando pelo projeto e, finalmente, chegando aos testes. No nível de projeto o engenheiro de sistemas de controle pode efetuar a escolha, o projeto e a interface de equipamentos, incluindo o projeto total dos subsistemas para atender requisitos especificados. O engenheiro de controle pode trabalhar com sensores e motores, bem como com circuitos e dispositivos eletrônicos, pneumáticos e hidráulicos.
O ônibus espacial é outro exemplo da diversidade requerida do engenheiro de sistemas. Na seção anterior, mostramos que os sistemas de controle do ônibus espacial abrangem muitos ramos da ciência: mecânica orbital e propulsão, aerodinâmica, engenharia elétrica e engenharia mecânica. Esteja você trabalhando ou não em um programa espacial, como engenheiro de sistemas de controle você vai aplicar uma ampla base de conhecimentos na solução de problemas de engenharia de controle. Você terá a oportunidade de expandir seus horizontes de engenharia além
do seu currículo acadêmico.
Agora você está ciente das futuras oportunidades. Porém, por enquanto, que vantagens este curso oferece a um estudante de sistemas de controle (além do fato de você precisar dele para se graduar)? Os currículos de engenharia tendem a enfatizar o projeto ascendente. Isto é, você começa pelos componentes, desenvolve circuitos e, em seguida, monta um produto. No projeto
descendente, primeiro é formulada uma visão de alto nível dos requisitos; em seguida as funções
e os componentes necessários para implementar o sistema são determinados. Você será capaz de adotar uma abordagem de sistemas descendente como resultado deste curso.
Um dos principais motivos para não se ensinar o projeto descendente durante todo o currículo é o alto nível de matemática requerido inicialmente para a abordagem dos sistemas. Por exemplo, a teoria de sistemas de controle, que requer equações diferenciais, não poderia ser ensinada como um curso dos primeiros semestres. Entretanto, durante a progressão pelos cursos que utilizam projeto ascendente, fica difícil perceber como esse tipo de projeto se encaixa de modo lógico no grande cenário do ciclo de desenvolvimento de produto.
Depois de concluir este curso de sistemas de controle, você será capaz de olhar para trás e perceber como seus estudos anteriores se encaixam no grande cenário. Seu curso sobre amplificadores, ou sobre vibrações, terá um novo sentido à medida que você começar a perceber o papel que o trabalho de projeto desempenha, como parte do desenvolvimento de produto. Por exemplo, como engenheiros, desejamos descrever o mundo físico matematicamente, de modo que possamos criar sistemas que beneficiarão a humanidade. Você descobrirá que de fato adquiriu, através de seus cursos anteriores, a habilidade de modelar matematicamente os sistemas físicos, embora, naquele momento, você possa não ter entendido onde, no ciclo de desenvolvimento de produto, a modelagem se encaixasse. Este curso irá esclarecer os procedimentos de análise e de projeto, e mostrará como o conhecimento que você adquiriu se encaixa no cenário geral de projeto de sistemas.
A compreensão dos sistemas de controle habilita os estudantes de todos os ramos da engenharia a falarem uma linguagem comum e a desenvolverem uma valorização e um conhecimento prático dos outros ramos. Você descobrirá que, na realidade, não existe muita diferença entre os ramos da engenharia, pelo menos no que diz respeito aos objetivos e aplicações. À medida que você estudar os sistemas de controle, notará essas semelhanças.
Resumo
Os sistemas de controle contribuem para todos os aspectos da sociedade moderna. Em nossos lares os encontramos em tudo, desde torradeiras e sistemas de aquecimento até os aparelhos de vídeo. Os sistemas de controle também têm ampla aplicação na ciência e na indústria, desde a condução de embarcações e aviões até o guiamento de mísseis e o ônibus espacial. Os sistemas de controle também existem naturalmente; nossos corpos contêm diversos sistemas de controle. Até mesmo representações de sistemas econômicos e psicológicos baseadas na teoria de sistemas de controle foram propostas. Os sistemas de controle são utilizados onde ganho de potência, controle remoto, ou conversão da forma de entrada são necessários.
Um sistema de controle possui uma entrada, um processo e uma saída. Os sistemas de controle podem estar em malha aberta ou em malha fechada. Os sistemas em malha aberta não monitoram ou corrigem a saída devido a perturbações; entretanto, eles são mais simples e mais
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baratos que os sistemas em malha fechada. Os sistemas em malha fechada monitoram a saída e a comparam com a entrada. Caso um erro seja detectado, o sistema corrige a saída e, assim, corrige os efeitos das perturbações.
A análise e o projeto de sistemas de controle focam três objetivos principais: Produzir a resposta transitória desejada
Reduzir os erros em regime permanente Alcançar estabilidade
Um sistema precisa ser estável, para produzir as respostas transitória e em regime permanente apropriadas. A resposta transitória é importante porque afeta a velocidade do sistema e influencia a paciência e o conforto dos seres humanos, para não mencionar o esforço mecânico. A resposta em regime permanente determina a exatidão do sistema de controle; ela determina quão de perto a saída se aproxima da resposta desejada.
O projeto de um sistema de controle segue os seguintes passos:
Determinar um sistema físico e especificações a partir de requisitos. Desenhar um diagrama de blocos funcional.
Representar o sistema físico como um esquema.
Utilizar o esquema para obter um modelo matemático, como um diagrama de blocos. Reduzir o diagrama de blocos.
Analisar e projetar o sistema para atender os requisitos e as especificações, que incluem estabilidade, resposta transitória e desempenho em regime permanente.
No próximo capítulo continuaremos a sequência de análise e projeto e aprenderemos como utilizar o esquema para obter um modelo matemático.