Fundamentos de Controlo
Introdução
Introdução
O que é um sistema de controlo?
Definição
Controlo de posição de um elevador
Controlo de temperatura com operador humano
Controlo em malha fechada
Sistemas de controlo em cadeia fechada
Objectivos do controlo
Diagrama de blocos
Fases no projecto de controlo
Isabel Lourtie
DEEC/IST
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Introdução
O que é um sistemas de controlo?
Um conjunto de sub-sistemas (dispositivos electrónicos, sistemas de
computação, actuadores, etc) e um processo (instalação) que
interactuam de modo a levar a saída desse processo a exibir um
comportamento desejado.
Entrada: estimulo
Resposta desejada
Isabel Lourtie
Sistema de
controlo
Saída: resposta
Resposta efectiva
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O que é um sistemas de controlo?
Entrada: estimulo
Resposta desejada
Sistema de
controlo
Saída: resposta
Resposta efectiva
Controlo de posição de um elevador
• Resposta desejada – indicação do piso para onde se pretende ir
• Resposta efectiva – variação da altura do elevador com o tempo
Requisitos:
• Pretende-se que não haja desnivelamento final
• Quando o elevador pára, não deve ficar a oscilar em torno da posição final
• O comportamento deve ser independente da carga
• A movimentação do elevador deve fazer-se sem solavancos
Isabel Lourtie
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O que é um sistemas de controlo?
Controlo de temperatura com operador humano
Objectivo: manter a água quente a
uma dada temperatura
Termómetro: mede a temperatura
da água (sinal de saída)
Controlador: homem
olhos
– sistema medidor do erro
cérebro – controlador – decide a acção a tomar
músculos – actuador – executa a acção
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O que é um sistemas de controlo?
Duas atitudes possíveis:
1) A válvula é fixada definitivamente na posição
em que num dado momento corresponde ao
valor desejado para a temperatura da água.
perturbação
temperatura
desejada
PROCESSO
sinal de comando
temperatura
efectiva
controlo em malha aberta
No controlo em malha aberta, o sinal de saída não influencia o sinal de comando.
Face a perturbações externas ou variações de parâmetros o sistema não tem
possibilidade de se auto-corrigir.
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O que é um sistemas de controlo?
2) O operador humano tenta permanentemente
manter a temperatura da água próxima do valor
desejado observando o termómetro e abrindo
mais ou menos a válvula do vapor
sinal de comando
temperatura
desejada
perturbação
PROCESSO
temperatura
efectiva
controlo em malha fechada
No controlo em malha fechada, o sinal de saída influencia o sinal de comando.
A realimentação corrige o sinal de comando de uma forma que se pretenderá
conveniente.
Isabel Lourtie
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O que é um sistemas de controlo?
Mas, suponhamos que:
1) O operador humano abria ou fechava
exageradamente a válvula ao detectar pequenos
desvios da temperatura
2) A válvula do comando do fluxo de vapor se
encontra muito distante do reservatório pelo que
uma variação do fluxo de vapor ao nível da válvula
manifestar-se-ia no reservatório com um atraso
considerável
A temperatura da água poderá apresentar oscilações eventualmente
de amplitude crescente
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Introdução
Controlo em malha fechada
A introdução de realimentação
 Torna o sistema menos sensivel aos efeitos de perturbações externas
ou de variação de parâmetros;
 Pode originar instabilidade associada a elevados ganhos e/ou
atrasos;
No entanto, a realimentação pode também estabilizar um sistema que
em cadeia aberta seria instável.
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Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Objectivos do controlo
 Modificar o comportamento do sistema (processo) de modo a que o
desempenho do sistema satisfaça determinadas especificações
 Fazer com que a saída do sistema (processo) siga uma entrada de referência
 Simultaneamente, garantir que o sistema controlado
 é estável
 tem boa rejeição de perturbações
 responde rapidamente a alterações na entrada de referência
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Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Diagrama de blocos
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Introdução
Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Fases do projecto de controlo
sistema físico
modelação matemática
A partir de considerações de ordem física,
e de um conjunto adequado de hipóteses
simplificativas, encontrar um modelo
matemático que descreva os aspectos
essenciais do comportamento do processo.
Para ser útil, o modelo matemático não pode ser demasiado complicado
nem demasiado simplificado.
As previsões sobre o comportamento do sistema obtidas a partir do
modelo matemático devem ser razoavelmente precisas.
Isabel Lourtie
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Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Fases do projecto de controlo
sistema físico
modelação matemática
análise
Estudar o comportamento do sistema
físico através do modelo matemático que,
dentro de certas limitações, o descreve.
Uma vez derivado um modelo matemático do sistema completo, o
modo como a análise é desenvolvida é independente da natureza
física do processo.
Isabel Lourtie
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Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Fases do projecto de controlo
sistema físico
modelação matemática
análise
síntese/projecto
Isabel Lourtie
Com base no modelo matemático determinado,
obter controladores que façam com que o
comportamento do sistema em cadeia fechada
satisfaça determinadas especificações.
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Sistemas de Controlo em Cadeia Fechada
Fases do projecto de controlo
Síntese/projecto
O comportamento do modelo matemático do
sistema em cadeia fechada é simulado com
diversos sinais de teste e perturbações.
teste/simulação
O projecto do controlador terá de ser afinado
até que o comportamento do modelo do
sistema em cadeia fechada satisfaça todas as
especificações.
protótipo
Construção, teste e afinação de um protótipo (sistema físico) até que o
comportamento do sistema seja completamente satisfatório.
Isabel Lourtie
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