Instrumenta¸c˜ao e Controle Aula 1
Apresenta¸c˜
ao
Prof. Renato Watanabe
Calend´ario
Quarta-Feira Sexta-Feira
Data Tema Data Tema
31/mai AULA 1: Apresenta¸c˜ao 02/jun AULA 2: Classifica¸c˜ao de sistemas 07/jun AULA 3: Modelagem com equa¸c˜oes diferenciais 09/jun Aula Pr´atica 1
14/jun AULA 4: Representa¸c˜ao no espa¸co de estados 16/jun Feriado 21/jun AULA 5: Resposta da Equa¸c˜ao homogˆenea 23/jun Aula Pr´atica 2 28/jun AULA 6: Resposta for¸cada 30/jun Aula Pr´atica 3 05/jul AULA 7: An´alise da resposta ao degrau 07/jul Aula Pr´atica 4
12/jul PROVA 1 14/jul AULA 8: Transdu¸c˜ao de medidas e sensores 19/jul AULA 9: Circuitos de instrumenta¸c˜ao 21/jul AULA 10: Caracter´ısticas de instrumentos 26/jul AULA 11: Estabilidade 28/jul AULA 12: Controle em malha fechada 02/ago AULA 13: Controladores elementares 04/ago Aula Pr´atica 5
09/ago AULA 14: Controle PID 11/ago Aula Pr´atica 6 16/ago PROVA 2 18/ago Prova Substitutiva
Aulas pr´aticas
A parte pr´atica da disciplina ser´a composta por seis laborat´orios. Em trˆes deles ser´a desenvolvido um sistema de controle de posi¸c˜ao de um motor de corrente cont´ınua em malha fechada. Estas aulas ser˜ao na sala O-L13. Nestas aulas, os alunos dever˜ao formar grupos de 4 a 5 pessoas para realizar as atividades propostas em sala de aula. Cada grupo dever´a entregar um relat´orio com as atividades propostas no roteiro uma semana ap´os a realiza¸c˜ao das pr´aticas.
Aulas pr´aticas
As outras trˆes ser˜ao na sala A1-L002, e os alunos aprender˜ao conceitos b´asicos dos softwares Labview e MATLAB. Nestas aulas, os alunos dever˜ao formar duplas para realizar as atividades propostas em sala de aula. Cada dupla dever´a entregar um relat´orio com as atividades propostas no roteiro uma semana ap´os a realiza¸c˜ao das pr´aticas.
Aulas pr´aticas
Todos os relat´orios dever˜ao ser enviados para renato.watanabe@ufabc.edu.br .
Aulas pr´aticas
Professores:
Renato Naville Watanabe Fernando Moura
Aulas Pr´aticas
Aula Pr´atica Data Turma A1 Turma A2 1 09/jun Lab 1 na sala A1-L002 Lab 2 na sala O-L13 2 23/jun Lab 2 na Sala O-L13 Lab 1 na sala A1-L002 3 30/jun Lab 3 na sala A1-L002 Lab 4 na sala O-L13 4 07/jul Lab 4 na sala O-L13 Lab 3 na sala A1-L002 5 04/ago Lab 5 na sala A1-L002 Lab 6 na sala O-L13 6 11/ago Lab 6 na sala O-L13 Lab 5 na sala A1-L002
Lab 1: Introdu¸c˜ao ao LabView Lab 2: Curva de Calibra¸c˜ao
Lab 3: Introdu¸c˜ao `a Modelagem com Matlab Lab 4: Acionamento do motor
Lab 5: Introdu¸c˜ao `a Controle com Matlab Lab 6: Controle em malha fechada do motor
Provas
Ser˜ao realizadas duas provas. As provas ter˜ao duas horas de dura¸c˜ao e ser˜ao feitas de forma individual. Cada aluno poder´a levar para a prova uma folha A4 com anota¸c˜oes pessoais, frente e verso. As anota¸c˜oes contidas na folha trazida pelo aluno dever˜ao ter sido escritas a m˜ao e conter o seu nome. N˜ao ser˜ao aceitas c´opias ou impress˜oes.
Conceitos
M =
min(MP, ML) , se MP < 5 ou ML< 5
0, 35P1+ 0, 35P2+ 0, 3ML , caso contr´ario
onde MP = P1+ P2 2 . M´edia M Conceito 9 6 M A 7, 5 6 M < 9 B 6, 0 6 M < 7, 5 C 5 6 M < 6, 0 D M < 5 F 9 9
Recupera¸c˜ao
Os alunos que obtiverem conceito final D ou F poder˜ao requerer a realiza¸c˜ao de uma recupera¸c˜ao, a ser realizada em data a ser definida posteriormente.No caso de realiza¸c˜ao da prova de recupera¸c˜ao, a nota final ser´a calculada da seguinte maneira:
MF =
M + MR
2 (1)
em que MR ´e a nota da prova de recupera¸c˜ao. Neste caso, a convers˜ao
para conceitos ser´a a mesma adotada na tabela do slide anterior, utilizando a nota MF no lugar de M.
Bibliografia
OGATA, K.; Engenharia de controle moderno, Prentice Hall, 4a Ed. (2003). DORF, R.C.; Sistemas de Controle Modernos, LTC, 12a Ed. (2013). HELFRICK, A.D.; COOPER, W.D. Instrumenta¸c˜ao Eletrˆonica Moderna e T´ecnicas de Medi¸c˜ao. Prentice Hall do Brasil, (1994).
ALVES, J.L.L. Instrumenta¸c˜ao, controle e automa¸c˜ao de processo, Rio de Janeiro: LTC, (2005)
BALBINOT, A.; BRUSSAMARELLO, V. J.; Instrumenta¸c˜ao e Fundamentos de Medida, LTC, 1a edi¸c˜ao, 2006.
Site da disciplina
http://ebm.ufabc.edu.br/graduacao/disciplinas/ic/
Entrada e sa´ıda de um sistema
Um sistema pode ser visto como um processo que transforma um sinal em outro. Portanto, um sistema tem uma entrada e uma sa´ıda, que se
relaciona com a entrada pela dinˆamica do sistema.
Entrada(s) u(t): considerada como a causa.
Sa´ıda(s) y (t): considerada o efeito provocado pela entrada.
Controle
Nem sempre o sistema tem o comportamento desejado
O objetivo de um sistema de controle ´e que o sinal de sa´ıda tenha o comportamento desejado.
Geralmente, um sistema de controle requer uma realimenta¸c˜ao.
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Exemplo b´asico de controle Chuveiro Chuveiro Fluxo de água Chuveiro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Registro Temperatura Fluxo de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro
Pessoa Fluxo Temperatura
de água Chuveiro Medição tátil Temperatura desejada + -Registro Pessoa Temperatura Fluxo de água ++ Outro fluxo de água 15 15
Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Referência ou Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo Set Point Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Sistema
ou
Planta
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set PointSistema
ou
Planta
Realimentação
Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Referência ou Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo Set Point Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Sistema
ou
Planta
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set PointSistema
ou
Planta
Realimentação
Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Referência ou Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo Set Point Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Sistema
ou
Planta
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set PointSistema
ou
Planta
Realimentação
Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Referência ou Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo Set Point Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Sistema
ou
Planta
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set PointSistema
ou
Planta
Realimentação
Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Referência ou Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo Set Point Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set Point
Sistema
ou
Planta
Saída Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador Erro Sinal de controle + + Distúrbio externo + + Ruído sensorial Referência ou Set PointSistema
ou
Planta
Realimentação
Estrutura da disciplina Sistema ou Planta Sensor + -Atuador Controlador + + + +
Sistema
ou
Planta
RealimentaçãoSistema: Aulas 2 a 7 e Labs 3 e 4
Sensor (instrumenta¸c˜ao): Aulas 8 a 10 e Labs 1 e 2 Controlador: Aulas 11 a 14 e Labs 5 e 6
Controle de n´ıvel de uma caixa d’´agua
Controle de n´ıvel de uma caixa d’´agua
Regulador de Watt Motor de combustão Sistema de transmissão Velocidade angular desejada + -Válvula de combustível Regulador de Watt Velocidade angular Mudança na carga 19 19
Regulador de Watt Motor de combustão Sistema de transmissão Velocidade angular desejada + -Válvula de combustível Regulador de Watt Velocidade angular Mudança na carga 19 19
Controle de velocidade de esteira Esteira Tacômetro Velocidade desejada + -Motor Computador Velocidade da esteira ++ Peso do corredor 20 20
Controle de velocidade de esteira Esteira Tacômetro Velocidade desejada + -Motor Computador Velocidade da esteira ++ Peso do corredor 20 20
Controle de infla¸c˜ao Sistema nanceiro IPCA Meta de in ação + -COPOM do BC In ação Escassez de produto, instabilidade política, etc taxa de juros 21 21
Controle da postura ereta Sistema esquelético Sistemas vestibular, visual, proprioceptivo Posição do centro de massa ideal + -Músculos do corpo Sistema Nervoso Central Posição do centro de massa ++ Empurrão 22 22
Controle da postura ereta Sistema esquelético Sistemas vestibular, visual, proprioceptivo Posição do centro de massa ideal + -Músculos do corpo Sistema Nervoso Central Posição do centro de massa ++ Empurrão 22 22
Malha aberta
Nem todo sistema de controle tem uma realimenta¸c˜ao.
A sa´ıda n˜ao influencia o sinal de controle.
Malha aberta
Nem todo sistema de controle tem uma realimenta¸c˜ao.
A sa´ıda n˜ao influencia o sinal de controle.
Outros exemplos
https://www.youtube.com/watch?v=M8YjvHYbZ9w https://www.youtube.com/watch?v=ru4JIZ-x8yo https://www.youtube.com/watch?v=ScjyYj7UdsM
Vantagens e desvantagens da realimenta¸c˜ao
Vantagens
I Capaz de lidar com dist´urbios e ru´ıdos.
I Robusto `a incerteza do modelo. Desvantagens
I Em geral ´e mais caro.
I Pode levar a instabilidade.
Exerc´ıcios
1 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha fechada. Para
cada um destes sistemas, identifique o sensor, o mecanismo de atua¸c˜ao e a grandeza que est´a sendo controlada. Fa¸ca o diagrama de blocos de cada um destes sistemas.
2 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha aberta. Para cada
um destes sistemas, identifique o mecanismo de atua¸c˜ao e a grandeza que est´a sendo controlada. Fa¸ca o diagrama de blocos de cada um destes sistemas.