Disciplina:Sistemas de Controle Aula 15 Semestre de Mecatrnica IndustrialProf.: Kleber Souza

BibliografiaOGATA, K., Engenharia de Controle Moderno, 4 edio, Editora Prentice Hall, So Paulo 2003.BOLTON, W., Engenharia de Controle, 1 edio, Editora Makron Books, So Paulo 1995.DORF, R. C., BISHOP, R. H., Sistemas de Controle Modernos, 11 edio, Editora LTC, So Paulo - 2009

Contedo programticoUnidade 1 Introduo aos sistemas de controle automtico;Unidade 2 - Transformada de Laplace;Unidade 3 Representao dos componentes do controle: Componentes mecnicos, componentes eltricos, analogias, sistemas trmicos e de fludos, comparadores e integradores.Unidade 4 Representao dos sistemas de controle, lgebra de blocos, o sistema de controle generalizado;Unidade 5 Analise do regime estacionrio, sistemas com controladores clssicos PID;Unidade 6 Funo caracterstica: Zeros complexos conjugados, resposta transiente, critrios de estabilidade;Unidade 7 Mtodo do lugar das razes;Unidade 8 Mtodo de resposta em freqncia, determinao do ganho, representao polar, correlao entre resposta transiente e resposta em freqncia;Unidade 9 Critrios de estabilidade de Nyquist, margens de ganho e fase, compensao;Unidade 10 Implementao de controladores PID aplicados a sistemas em MATLAB.

IntroduoA engenharia de controle baseia-se no princpio da realimentao (ou retroao) e objetiva o controle de determinadas variveis de um sistema.Embora esteja tradicionalmente ligada a engenharia eltrica, a engenharia de controle e interdisciplinar e encontra aplicaes em engenharia qumica, mecnica, aeronutica, biomdica, etc.

Controle de velocidade de um motor de corrente contnuaControle em Malha Aberta

Controle de velocidade de um motor de corrente contnuaControle em Malha Fechada

Possveis respostas do sistema em malha fechadaRequisitos: requisitos de desempenho transitrio, tais como estabilidade, baixo tempo de resposta e adequado amortecimento;requisitos de desempenho em regime permanente, tais como erros baixos ou nulos a referncia ou a perturbaes.

Definies de sistemas de controleDefinio 1: Um Sistema de Controle em Malha Aberta (SCMA) utiliza um controlador conectado em srie com o processo a ser controlado, de modo que a entrada do processo deve ser tal que sua sada se comportar como desejado. A caracterstica importante que a ao de controle independe da sada.

Definies de sistemas de controleDefinio 2: Um Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF) utiliza uma medida adicional da sada (resposta) real a fim de compar-la com a resposta desejada do sistema.

Definies de sistemas de controleDefinio 3: Sistema de Controle um sistema que tende a manter uma relao pr-estabelecida entre duas variveis do sistema atravs da comparao de funes destas variveis e utilizando a diferena como meio de controle.

Componentes de um sistema de controleReferncia: Valor desejado da varivel a ser controlada;Comparador: Dispositivo que constri o sinal de erro entre o valor desejado e o obtido.Controlador: Dispositivo que manipula o sinal de erro, gerando um sinal de controle que ser aplicado no sistema, afim de corrigir a varivel a ser controlada.

Componentes de um sistema de controleAtuador: Dispositivo que recebe o sinal de controle e gera um sinal com potncia suficiente para atuar sobre o sistema;Sistema: Dispositivo ou fenmeno que se deseja operar com alguma finalidade (objetivo de controle).Um sistema e representado por uma varivel de entrada (controle), uma de sada (controlada) e uma relao (funo de transferncia) entre elas;Medidor: (transdutor) Dispositivos responsveis pela medio e converso da varivel a ser controlada para fins de comparao e obteno do erro de sada.

Comparao de Sistemas de Controle em Malha Aberta e em Malha Fechada

Comparao de Sistemas de Controle em Malha Aberta e em Malha Fechada

Comparao de Sistemas de Controle em Malha Aberta e em Malha FechadaOs sistemas com realimentao apresentam uma preciso melhor (maior capacidade de seguir fielmente a entrada). Quando perturbaes ou variaes paramtricas esto presentes o erro do sistema em malha aberta pode ser muito grande;Os sistemas em malha fechada apresentam menor sensibilidade a variaes nas caractersticas (por exemplo, parmetros) do sistema. Conforme discutido anteriormente, variaes de parmetro afetam mais sistemas de malha aberta, provocando grandes erros;Os efeitos de no-linearidades e distores so reduzidas em sistemas de malha fechada. A razo e semelhante a dos casos anteriores

Comparao de Sistemas de Controle em Malha Aberta e em Malha FechadaA faixa de frequncia nas quais o sistema responde satisfatoriamente maior em sistemas em malha fechada e associado a possibilidade de controlar a velocidade de resposta do sistema atravs do ajuste de um compensador adequado;Os sistemas em malha fechada apresentam maior tendncia para oscilao e instabilidade. Um sistema estvel pode ser instvel em malha fechada, se os parmetros no forem escolhidos adequadamente. O projeto do controlador deve levar em conta a estabilidade e amortecimento do sistema em malha fechada.

Aplicaes em Engenharia EltricaSistemas eltricos de potncia;Eletrnica de Potncia;Eletrnica;Engenharia Biomdica.

Um breve histricoPndulo de Watt (1788)

Um breve histricoEm 1868 Maxwell publicou um artigo analisando o comportamento dinmico dos sistemas de controle;Na mesma poca, Routh e Hurwitz desenvolveram tcnicas que permitiam determinar diretamente a estabilidade do sistema sem a necessidade da soluo das equaes;Um marco no desenvolvimento da teoria de controle foi a publicao de um trabalho pelo matemtico russo Lyapunov em 1897. Este trabalho foi traduzido para o francs em 1907 e em ingls em 1947. Pouco divulgado no ocidente, o trabalho de Lyapunov continuou a ser desenvolvido na ento Unio Sovietica, o que permitiu aos pesquisadores soviticos grandes avanos especialmente na teoria de sistemas no-lineares e uma liderana na rea que se manteve at os anos 1950.

Um breve histricoNa dcada de 1920, engenheiros dos laboratrios Bell trabalhavam com o problema de comunicao a longa distncia nos Estados Unidos. O problema de reforo de sinais atravs de amplificadores levou ao desenvolvimento de tcnicas no domnio da frequncia. Nyquist e Bode,assim como vrios outros associados a estas tcnicas, eram engenheiros dos laboratrios Bell. Eventualmente tais tcnicas foram usadas para o projeto de sistemas de controle. O incio da Segunda Guerra mundial estimulou a pesquisa em sistemas de controle, visando o uso militar. Nos Estados Unidos o MIT foi um centro de desenvolvimento de tais tcnicas. Outros desenvolvimentos se seguiram, inclusive com o aparecimento da tcnica do lugar das razes, criada por Evans em 1947.

Um breve histricoA teoria de controle ao final dos anos 1950 j consistia de um corpo de conhecimento consolidado, com forte nfase em tcnicas baseadas no uso de mtodos frequnciais e com muitas aplicaes industriais. No entanto a demanda por novas tcnicas, especialmente no crescente setor aeroespacial impulsionou o desenvolvimento do chamado controle moderno. O controle moderno retomou muitas das idias de Lyapunov, usando tcnicas no domnio do tempo. O caso de sistemas multivariveis (com varias entradas e varias sadas) pode ser facilmente tratado com tcnicas modernas. O nome de R. Kalman aparece com destaque entre os criadores do controle moderno.

Um breve histricoAtualmente a teoria de controle e bastante extensa mas a relao entre vrios aspectos foi melhor estabelecida. Assim, tcnicas da frequncia para sistemas multivariveis foram desenvolvidas e a relao entre o domnio do tempo e da frequncia melhor compreendidas. Mas os termos controle clssico e controle moderno ainda so usados.