Aula 03
Computer Control
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Olá a todos!
Os computadores controlam hoje muitos
aspectos das nossas vidas.
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Computer Control
Computadores controlam
muitos tipos de sistemas
robôs, e outros dispositivos
Computadores controlam
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Computer Control
Computadores controlam
a automação de uma fábrica
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Computer Control
a maneira que os produtos são manufacturados nas fábricas
Computadores controlam
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Computer Control
o stock de uma loja, de um supermercado, etc.
Computadores controlam
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Computer Control
Computadores controlam
o sistema bancário
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Computer Control
Computadores controlam
bolsa de valores, mercado de acções
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Computer Control
Computadores controlam
aeroportos, tráfego aéreo
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Computer Control
distribuição de energia eléctrica
Computadores controlam
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Computer Control
Computadores controlam
sinais de trânsito (semáforos) e travessia de peões
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Computer Control
vários sistemas em edifícios de grande dimensão
Computadores controlam
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Computer Control
ar condicionado, aquecimento central em edifícios de
grande dimensão
Computadores controlam
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Computer Control
• controlo da temperatura ambiente
em cada sala, em cada compartimento
, etc.
• controlo do
ar fresco / ventilação
nível de dióxido de carbono CO
2
pode provocar
sonolência se for elevado.
Prédios inteligentes
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Computer Control
2
sonolência se for elevado.
Ventilação para regular o ar (
oxigénio
).
• controlo da
humidade do ar
os elevadores em edifícios de grande dimensão
Computadores controlam
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Computer Control
• controlo dos
elevadores.
• segurança o uso de
cartões magnéticos
para acesso à
determinadas
salas
ou
partes do prédio
.
Prédios inteligentes
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Computer Control
iluminação em edifícios de grande dimensão
Computadores controlam
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Computer Control
• controlo de iluminação
observa o
número de pessoas
em
cada instante
por sala
ou em
partes do prédio
.
Com isso é possível regular a quantidade de luz
(seja
natural
ou
artificial) a ser usada em
cada sala a cada
Prédios inteligentes
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Computer Control
natural
ou
artificial) a ser usada em
cada sala a cada
momento.
• controlo da
iluminação natural
garagem em edifícios de grande dimensão
Computadores controlam
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Computer Control
• controlo do nível de monóxido de carbono
(
CO
) na
garagem.
• controlo do gerador de energia
(para iluminação, para o
aquecimento, para o consumo de energia, etc.)
Prédios inteligentes
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Computer Control
aquecimento, para o consumo de energia, etc.)
• controlo do
tanque de água
(reservatório no topo do
prédio
ou vários reservatórios em andares diferentes
do prédio).
Um
sistema de controlo
é composto por
o
um
computador
ou um
microprocessador
o
um programa de controlo
que manipula os dados obtidos
na
entrada
(
input
) pelos sensores
e envia sinais
para a
saída
(
output
)
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Computer Control
saída
(
output
)
o
uma
interface
que converte os
sinais
entre os
sensores
e
Computadores
computadores
respondem muito rapidamente a mudanças
sistemas
instalados em
computadores
podem ter que
funcionar 24 h por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano.
sistemas de controlo
podem operar em lugares perigosos
ou impossíveis os humanos
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Computer Control
as saídas
(outputs) dos
sistemas de controlo
são
consis-tentes e livres de erro
computadores
podem processar dados rapidamente e
máquinas dotadas de sistemas de controlo
podem operar
bem mais rápido que os humanos.
são usados para medir grandezas físicas como
temperatura
luz
pressão
som
humidade
Sensores
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humidade
níveis de líquidos em reservatórios
índice pluvial (quedas de chuvas)
nível de radiação
nível de pH
nível de oxigénio
Sensores
mandam sinais para o processador.
Exemplos:
•
um sistema de alarme de segurança que pode ter um
sensor
de
infra-vermelho
que envia um sinal quando o feixe é quebrado
•
um
sensor
sensitivo ao calor localizado no canto de um
ambiente (
uma sala
) pode detectar a presença de uma pessoa
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Computer Control
ambiente (
uma sala
) pode detectar a presença de uma pessoa
na sala
•
sensores
de
temperatura
podem ser usados para se controlar
o aquecimento em ambientes
•
sensores
magnéticos
são usados para se detectar metal: em
aeroportos
(
segurança
), em
estacionamentos
(
controlo dos
veículos
), nas
ruas
e nas
estradas
(
para disciplinar o trânsito
)
Conversão Analógica/Digital
os dados como ‘temperatura’, ‘pressão’, ‘luz’, etc. são
analógicos
computadores
podem apenas trabalhar com dados
digitais
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Computer Control
digitais
uma interface, ou um conversor
A/D
é necessária para
converter os
dados analógicos
dos sensores
nos
dados
digitais
para o computador
processar
controlo de líquidos em reservatórios
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Computer Control
Realimentação
(“Feedback”)
A
realimentação
(
feedback
) permite que sistemas tenham um
desempenho
bem melhor, embora, em contrapartida,
aumente a sua complexidade.
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Computer Control
Realimentação
(“Feedback”)
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Computer Control
um servomotor
entrada
r(t)
de
10 V
ajusta a saída
y(t)
para 2000 rpm (velocidade de rotação do motor)
Realimentação
(“Feedback”)
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Computer Control
Isto é
Automação
, embora um exemplo bastante simples.
A saída
y(t)
do sistema segue, ou acompanha,
automaticamente
o
sinal de referência
r(t)
da entrada.
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Computer Control
Ajustando-se os valores das constantes
K
1
, K
2
e K
3
pode-se fazer que o sistema
comporte-se de forma automática.
Seja um
processo industrial
ou seja um
braço de um robô
, o princípio é mais ou
menos o mesmo.
Estufas
(greenhouses) controladas por computador
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Computer Control
Estufas
(greenhouses) controladas por
computador
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Computer Control
Estufas
(
greenhouses
) controladas por computador
para obter as melhores condições para o crescimento da planta
a
temperatura
e a
humidade do ar
têm que ser controladas.
portanto as
estufas
(greenhouses)
tem sensores
ligados a um
computador
, e este tem um programa de controlo que sabe os
detalhes das melhores combinações de temperatura
e humidade.
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Computer Control
estas estufas
(greenhouses)
possuem
aquecimento
,
sprinklers
e
janelas motorizadas
, também ligadas ao computador.
se a humidade
cai abaixo de determinados valores, o
computador ativa os
sprinklers
e fecha as
janelas
.
se a temperatura
cai para valores fora de determinada faixa, o
Sistema bio regenerativo de apoio à vida
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Computer Control
Sistema bio regenerativo de apoio de vida
Sistema utilizado pela
NASA
juntamente com o
Jet Propulsion
Laboratory
(
JPL
).
“Advanced system modeling and control of
bio-regenerative life support”
o controlo avançado de um
sistema bio regenerativo
de
apoio de
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Computer Control
o controlo avançado de um
sistema bio regenerativo
de
apoio de
vida
, para
astronautas
em viagens espaciais de longa duração
em naves a caminho de outros planetas, como
Marte
por exemplo.
pode parecer estranho pensar a primeira nave tripulada para
Marte
leve dentro uma “quinta voadora”
para o cultivo dos
alimentos
que a tripulação necessitará para esta viagem de cerca
de
3 anos
.
Mas, considerando como seria difícil carregar todo o alimento
necessá-rio, pode-se entender isto.
Será muito melhor
cultivar
os alimentos durante a viagem.
A vantagem deste
cultivo
é que também ajudam a
reciclar a água
e o
ar
dentro da nave, criando assim um
mini ecossistema
dar apoio à viagem.
mini
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Computer Control
mini
ecossistema
a ser criado
pela
NASA
para apoiar
viagens
espaciais.
Uma nave espacial
não tem grandes espaços abertos, como
numa “quinta”, as plantações terão que consumir os
recursos
da
maneira mais eficiente possível
de modo a produzir a máxima
quantidade de alimentos
.
Os astronautas terão que cultivar suas colheitas de tal forma que
os
seres humanos
e as plantas dentro da nave possam viver em
harmonia
, compartilhando os preciosos suprimentos de ar e água
em benefício mútuo.
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Computer Control
em benefício mútuo.
Desenvolver esse formidável
sistema
de maneira eficiente exige
um entendimento íntimo do crescimento das plantas além do que
se conhece hoje.
Para isso utiliza-se
sistemas de controlo
sistemas de controlo
que aprendem como
colheitas
crescem no espaço, e como
controlar
todos aspectos de
seus
ciclos de vida
.
O que se deseja é uma
“fábrica verde”
(uma
“green factory”).
Na realidade este processo é mesmo uma
fábrica
, e bastante
complexa
.
E para se
controlar
um processo, a
NASA
sabe, primeiramente
deve-se conhecer muito bem como ele funciona:
Por
fotossíntese
, converte-se a energia da luz
em
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Computer Control
Por
fotossíntese
, converte-se a energia da luz
em
energia química, que se torna disponível na forma
dos
alimentos
que sustentam praticamente toda vida
na terra.
No processo, a planta retira
dióxido de carbono
(
CO
2
) da atmosfera, fornecendo
oxigénio
(
O
2
) e
liberando
água fresca
(
H
2
O
) de suas folhas.
A quantidade que uma planta produz de:
alimento
,
oxigénio
(
O
2
), e
água
(
H
2
O
)
varia com:
o
tipo de planta
, a sua
idade
, e as
variadas condições ambientais
.
Estas relações são extremamente
complexas
,
não lineares
e
dinâmicas
.
O
Sistema de Controlo
Sistema de Controlo
recebe dados do
desempenho
das plantas sob
condições específicas, e infere como várias outras combinações de
condições poderiam afectar esse
comportamento
.
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Computer Control
condições poderiam afectar esse
comportamento
.
O sistema recebe seus dados de
câmaras herméticas de cultivo de
plantas
como: os
grãos de soja
, o
trigo,
a
alface
, etc.
Isto é feito de uma forma bastante controlada dos diversos níveis de:
intensidade de luz
;
temperatura do ar
;
humidade relativa
; e
Para cada valor que estes
fatores ambientais
são testados, a
câmara de cultivo
registra os índices correspondentes de
fotossíntese
das plantas, de
transpiração
(
liberação de água
),
e de
alocação
(
a proporção de biomassa que é comestível
).
O
Sistema de Controlo
Sistema de Controlo
extrai as relações entre o
desempenho
das
plantas
versus
o
tipo de planta
,
a
idade
, e
fatores ambientais
,
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Computer Control
fatores ambientais
,
Esta interpolação talvez fosse simples se o sistema fosse
linear
e para
uma variável, por exemplo: a
“temperatura
”.
Entretanto, não é este o caso.
e interpola para descobrir como as
plantas
funcionariam em níveis
intermediários dessas variáveis.
O
Sistema de Controlo
Sistema de Controlo
saberá como as plantas comportam-se sob
todas condições
que serão experimentadas e será capaz de
ajustar o
ambiente da nave
para manter o desempenho do processo em
níveis
ótimos
.
Se a tripulação a bordo da futura missão a
Marte
praticar exercícios
arduamente – e com isso
respirar mais forte
,
irradiar mais calor
, e
transpirar mais que normal
– o Sistema de Controlo
Sistema de Controlo
que irá operar esta
“quinta”
no espaço saberá quanto ajustar:
os
níveis de luz do cultivo
;
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Computer Control
os
níveis de luz do cultivo
;
a
temperatura do ar
; e
a
humidade
para compensar:
o
dióxido de carbono
(
CO
2
) extra,
o
calor
, e
a
mistura
(
vapor
)
que a tripulação põe na atmosfera.
Assim como muitas outras investigações feitas pela
NASA
pensando
em aplicações espaciais
mas que trouxeram benefícios para a Terra,
no caso desta investigação os
cultivadores de plantações
aqui na
Terra, também se beneficiarão.
Eles também querem o rendimento máximo de colheita
com o
mínimo
dispêndio em recursos
e se beneficiariam enormemente com qualquer
nova técnica que possa ajudar às suas colheitas sobreviverem
secas
,
geadas
, e outras
catástrofes
.
Neste projeto a
NASA
tenta descobrir muitos detalhes ainda não
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Computer Control
Neste projeto a
NASA
tenta descobrir muitos detalhes ainda não
conhecidos dos
processos fisiológicos das plantas
e poderá capacitar-nos no
cultivo mais eficiente de plantações
e assim
aumentar a produção total de alimentos
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Computer Control
Cultivo controlado de
grãos de soja
em câmaras herméticas feito pela
Computer Control
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