Aula02 - Controle

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FATEC ADIB MOISÉS DIB

EEA-103

Sistemas de Controle

Aula 02

Professor Murilo Zanini de Carvalho

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Sistemas de Controle

 Revisão aula anterior:

 Definições de Sistemas

 Histórico da Teoria de Controle

 Termos Básicos Utilizados em Controle

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Teoria de Controle

 Mesmo que novos métodos e teorias tenham sido desenvolvidas, as leis e os princípios de medição da teoria clássica estão presentes no controle de processos atuais;

 Os conceitos do controle clássico foram aprimorados com a teoria de controle moderno, permitindo maior precisão no controle dos processos.

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Teoria de Controle

 Na década de 70, todos os sinais enviados ao controlador, incluíndo o seus receptores, eram pneumáticos;

 Os controladores pneumáticos utilizavam diversos ajustes mecânicos para poder desempenhar suas ações de controle.

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Teoria de Controle

 Com a miniaturização da eletrônica e sua popularização, os sistemas de controle digital começaram a popularizar-se;

 A maioria das funções de monitoramento e controle, atualmente, são executadas utilizando redes industriais para troca de dados.

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Objetivo do Controle de Processos

 “Manter os valores das variáveis do processo dentre de uma faixa aceitável para sua operação conveniente” (BEGA et al, 2006)

 Dentro da faixa de valores que as variáveis podem operar, buscar o valor ótimo para cada variável, com a finalidade de atingir o valor determinado, o set-point.

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Principais Problemas para o

Controle de Processos

 Para o estudo do processo, é necessário conhecer algumas de suas caracteríticas;

 _{Deve-se considerar que todo dispositivo têm}

capacidade de armazenar energia e apresenta resistência a alterações (BEGA et al., 2006);

 Isso faz com que a resposta do sistema não reproduzida o sinal aplicado em sua entrada. Essa distorção da saída em relação a entrada do sistema ocorre em função de atrasos (lags).

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Tipos de lag do Sistema

 Atraso relativo ao próprio processo;

 Atraso na medição das variáveis do processo;

 Atraso na transmissão dos valores das variáveis medidas.

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Atraso Relativo ao Processo

 Os processos normalmente não conseguem absorver ou devolver energia de modo instantâneo, o que provoca atraso do valor de saída em relação ao sinal de entrada (BEGA et al., 2006);

 São exemplos de atraso do processo, o aumento de vazão de entrada em um controlador de nível, ou mesmo o controle de temperatura utilizando vapor.

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Atraso de Medição

 Os atrasos de medição são vinculados as limitações das características físicas dos transdutores a varição da grandeza medida;

 Outro fator que contríbui para os atrasos de medição é a construção dos sistemas de medição, que, em algumas aplicações, dificultam o monitoramento do valor da grandeza monitorada.

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Atraso de Medição

 Em geral, eles estão relacionados com sistemas de controle de temperatura;

 _{Esse efeito pode ser minimizado utilizando}

montagens e sensores adequados a aplicação (a qualidade do sensor influência no atraso de medição);

 _{O tempo necessário para um sistema responder}

após uma veriação da grandeza monitorada, é chamado de “tempo morto”.

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Atraso de Transmissão

 O tempo de transmissão da informação medida para o controlador é característico dos sistemas pneumáticos;

 Em sistemas eletrônicos, esse tempo é muito pequeno e pode ser desconsiderado;

 O uso de sinais pneumáticos para controle, atualmente, é realizado em trechos, contudo, caso for utilizada para distâncias maiores que 100 metros, reforçadores de sinal (boosters) devem ser utilizados.

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Ganho

 Ganho é a relação entre o sinal de saída e o sinal de entrada;

 _{O ganho poder representar o comportamento de}

um sistema, ou mesmo o comportamento de um sensor, descrevendo o comportamento do sensor quando um sinal é aplicado em sua entrada.

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Características das Princípais

Grandezas Controladas

 Vazão – grandeza de variação rápida;

 Pressão e nível – assim como a vazão, são grandezas que variam rápidamente;

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Malhas de Controle

 O controle automático é utilizado em diversas áreas da tecnologia e da ciência para trazer melhorias aos processos.

 São exemplos de aplicações de controle automático:

 Sistemas de guiamento de mísseis;

 Sistemas robotizados;

 Comando numérico computadorizado;

 Piotagem automática na industria aeroespacial;

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Sistemas de Malha Aberta

 O valor atual do sinal de saída não afeta a ação de controle tomada;

 _{O sinal de saída não é medido e também não é comparado com}

o sinal de entrada;

 Cada sinal de referência na entrada, corresponde a uma sequência de operações fixa;

 A exatidão do sistema depende de sua calibração;

 _{Não realiza a tarefa desejada na presença de distúrbios;}

 Utilizam uma sequência temporizada de acionamentos para sua execução.

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Sistemas de Malha Aberta

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Sistemas de Malha Fechada

 Mantém o valor da grandeza de saída necessário para que o valor de referência possa ser atingido, utilizando o valor da diferença entre o valor desejado e o valor atual do sistema;

 Também são chamados de controle com retroação;

 É utilizado com a finalidade de reduzir o erro do sistema;

 Consegue corrir o valor do erro quando existem sinais de disturbios externos.

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Sistemas de Malha Fechada

 O corpo humano é um exemplo de sistema controlado utilizando retroação;

 _{Os controladores de temperatura que utilizam o}

valor da temperatura ambiente para comparar com o valor da temperatura de referêcia para tomar uma atitude de controle.

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Sistemas de Malha Fechada

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Sistemas de Malha Fechada

 Os sistemas em malha fechada utilizam um sinal de controle, uma referência para o ajuste da variável controlada.

 A diferença entre o sinal de referência e o sinal de realimentação é o chamado sinal de erro.

 Quando o sinal de realimentação é subtraído do sinal de referência, ele recebe o nome de REALIMENTAÇÃO NEGATIVA.

 Quando o sinal de realimentação é somado ao sinal de referência, ele recebbe o nome de REALIMENTAÇÃO POSITIVA.

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Sistemas de Malha Fechada

 A realimentação negativa tenta fazer com que o sinal de erro torne-se cada vez menor, tendendo a zero.

 A realimentação positiva aumenta o valor do sinal de erro.

 Os sistemas com realimentação positiva são por natureza instáveis e não são utilizados industrialmente (Manavela, 2006).

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Sistemas de Malha Fechada

 O sistema de controle é dito contínuo quando ele é corrido de forma contínua ao longo do tempo (Bolton, 2002).

 Os sistemas de controle em malha fechada que utilizam realimentação negativa estão sugeitos a instabilidade.

 _{A instabilidade destes sistemas podo estar ligada ao}

atraso de medição ou de transmissão do sinal de realimentação (Bolton, 2002).

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Sistemas de Malha Fechada

 O sistema de controle é dito contínuo quando ele é corrido de forma contínua ao longo do tempo (Bolton, 2002).

 Os sistemas de controle em malha fechada que utilizam realimentação negativa estão sugeitos a instabilidade.

 _{A instabilidade destes sistemas podo estar ligada ao}

atraso de medição ou de transmissão do sinal de realimentação (Bolton, 2002).

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Sistemas de Malha Fechada

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Comparação entre os Sistemas

Malha Aberta vs Malha Fechada

 Por utilizarem retroalimentação, os sistemas em malha fechada possuem maior imunidade a disturbios;

 O critério de estabilidade pode facilmente ser encontrado em um controlador do tipo malha aberta, já sistemas em malha fechada, a estabilidade é um problema em função da tendencia em corrigir erros for a do necessário, que pode ocosionar oscilações ao longo do tempo.

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Comparação entre os Sistemas

Malha Aberta vs Malha Fechada

 O custo de um sistema de malha fechada é maior que o de um sistema de malha aberta, uma maior quantidade de equipamentos é utilizada.

 O custo de utilizar a retroação em um sistema de controle, está associado ao dispositivo sensor de retroação utilizado no sistema.

 _{Em geral, o sensor é o elemento mais caro do}

sistema de controle é o responsavel por trazer ruídos e inexatidões.

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Comparação entre os Sistemas

Malha Aberta vs Malha Fechada

 Com a retroação, o ganho do sistema é limitado, para reduzir a sensibilidadedo sistema a variações de parâmetros e perturbações.

 O uso da retroação pode trazer ao sistema instabilidade, em função das correções que iram acontecer.

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Referências Bibliograficas

 BOLTON, W. “Mecatrônica – uma abordagem multidisciplinar”, 2010.

 _{BOLTON, W. “Instrumentação e Controle”, 2002.}

 OGATA, Katsuhiko. “Engenharia de Controle Moderno” - 1998.

 DORF, Richard C; BISHOP, Robert H.; Sistemas de Controle Moderno, 2009

 MANAVELA, Humberto; “Sistemas realimentados e controle em malha fechada – Parte 1”, 2006 (Dísponível em

http://arquivo.oficinabrasil.com.br/noticias/?COD=2104, acesso