EME905
CONTROLE DE SISTEMAS MECÂNICOS
2013
Projeto de EME905
Projetar um controlador sobre a temperatura de saída da água de um aquecedor a gás.
1)
O sistema a controlar
O sistema a controlar é representado na Figura 1. Trata-se de um aquecedor a gás onde se deseja
manter a temperatura de saída da água (To) num certo valor constante, agindo através da válvula (V1)
sobre a pressão de alimentação de gás aos queimadores (p2). O sistema está sujeito a perturbações de
temperatura da água de alimentação à caldeira (Ti) e de pressão de suprimento do gás aos
queimadores (p1).
Na figura 2 mostra-se a representação por diagrama de blocos do sistema, fazendo aparecer os
componentes relevantes. Gv(s) representa a função de transferência da válvula de controle; Gpt(s) a
transferência entre a pressão de gás dos queimadores e a temperatura de saída da água; Gtt(s) a
relação entre as temperaturas de entrada e saída da água. U(s) representa o sinal de controle, P1(s) e
Ti(s) as perturbações já mencionadas e To(s) a temperatura a controlar.
Água de alimentação
To
Ti
p1
V1
p2
Figura 1: Representação esquemática do aquecedor.
Prof. José Juliano
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Dados do Sistema:
1)
Pressão máxima na saída da válvula 5 kPa;
2)
Temperatura máxima do aquecedor 80 oC;
Ti(s)
Gtt(s)
D
P1(s)
U(s)
+
Gv(s)
D
+
+
P2(s)
Gpt(s)
D
To(s)
+
Figura 2: Diagrama de blocos do sistema a controlar.
Consideram-se mensuráveis as variáveis To(t), Ti(t) e p2(t) e as funções de transferência dos blocos
da figura 2 vêm dadas por:
Gv s  
2)
5
10
1
; G pt s  
; Gtt s  
2s  1
100s  1
50 s  1
As especificações de controle
Deseja-se projetar um sistema de controle que atenda ao seguinte conjunto de especificações:
1. Erro nulo em regime permanente para referências com perturbações constantes e limitado para
perturbações em rampa;
2. Resposta transitória não oscilatória, caracterizada por um tempo de resposta A vezes menor que o
de malha aberta;
3. Rejeição da perturbação de pressão em tempo compatível com o tempo de resposta da válvula (ex.
A s);
4. Rejeição da perturbação de temperatura de entrada da água de alimentação no menor tempo
possível, considerando a disponibilidade de instrumento para medi-la.
Prof. José Juliano
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Tabela 1 - Especificações de desempenho.
Para o menor no. do aluno
A
na equipe
12140 a 15883
1
15886 a 18280
2
18510 a 26449
3
Obs:
- Temperatura da água na saída: To=0,7143N+11,4286
- Temperatura da água na entrada: Ti=0,7143N+1,4286
Com N igual aos dois primeiros dígitos do menor número do aluno na equipe.
3)
Data de entrega
 Desenvolvimento teórico e simulações em malha aberta: 07/06/2013 na Secretaria do
IEM até às 17 h;
 Projeto completo (malha aberta e fechada): 05/07/2013 na secretaria do IEm até às 17
h.
4)
Apresentar um documento em Word contendo:
1. apresentar o desenvolvimento teórico e demais cálculos para a realização do trabalho;
2. o diagrama de bloco em malha aberta;
3. o diagrama de bloco em malha fechada;
4. análise conclusiva sobre o desempenho do sistema compensado.
5)
Determinar:
1. a resposta em malha aberta com pertubações em ±2 %, ±5 %, ±10 % do valor de regime;
2. Projetar os compensadores usando o método do lugar das raízes para que o sistema
compensado atenda as especificações de desempenho;
3. Verificar o comportamento do sistema compensado as mesmas excitações de malha
aberta;
4. Fazer uma análise conclusiva sobre o sistema compensado.
Prof. José Juliano
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6)
Observações:
 todo o trabalho deve ser desenvolvido usando o MATLAB;
 entregar uma versão eletrônica (CD) contendo o relatório (Word) e os programas em
MATLAB e dos diagramas de blocos simulados;
 apresentar um parecer conclusivo sobre o desempenho do sistema e qual ação de
controle deve ser implementada entre as propostas;
 todos os dados que não apresentados devem ser escolhidos pelas equipes, justificando
a escolha;
 o trabalho deve ser desenvolvido em equipe de até três alunos;
 citar toda a bibliografia consultada (artigos, livros, dissertações, tese, site da internet e
outros).
7)
Bibliografia:
Coughanowr, D. R., Koppel, L. B. (1978), Análise e Controle de Processos, Editora Guanabara dois,
Rio de Janeiro, 474p;
Ogata, K. (1996), Engenharia de Controle Moderno, 3a. edição, Prentice Hall, Rio de Janeiro, 1998;
Prof. José Juliano