Controle Digital
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![Page 1: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/1.jpg)
Terminologia - Sistemas de Controle
• Exemplo de sistema de controle: Controle de nível de um Gerador de Vapor� Se o nível não for mantido em um determinado valor o GV pode não
funcionar pois não se pode descobrir os tubos em U nem manter o nível próximo dos separadores de umidade (gera vapor com água).
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Por que controlar?• Para garantir a boa operação de equipamentos e
sistemas.• Do ponto de vista de controle, com a estratégia da
realimentação: “ Garantir que uma variável de um sistema físico ou processo (resposta) seja ajustada adequadamente por meio de um sinal de erro”.
Erro: Diferença entre a resposta do sistema (medida por um sensor) e o sinal de referência (resposta desejada)
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Como controlar?
O Engenheiro de Controle deve projetar controladores que modificam o sinal de erro, segundo algum critério, de forma a garantir a resposta desejada
→→→→ Critérios de projeto:•••• Rejeição a distúrbios;•••• Erro em regime estacionário;•••• Características da resposta transitória;•••• Sensibilidade a mudança de parâmetros.
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Como controlar?• Desenvolver modelos adequados para o sistema,
seus sensores e atuadores com o objetivo de:
�Conhecer a dinâmica do sistema (resposta temporal)
�Projetar o controlador segundo técnicas apropriadas
Aspectos
conceituaisSistema
Físico
Modelo
matemático do
sistema
Solução do modelo
matemático
Tradução
da solução
Formulação
do problema
Processo Iterativo
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Terminologia do Controle•••• Sistema: combinação de componentes que agemem conjunto para atingir determinado objetivo
Sistemas dinâmicos físicos ou abstratos
Sistemas elétricos, mecânicos, térmicos,
hidráulicos, etc.
Essencialmente sistemas econômicos
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Terminologia do Controle•••• Sistema em malha fechada: o sinal de excitação
(entrada) é determinado, em parte, por certaresposta (saída) do sistema, isto é, a variávelcontrolada é medida e seu valor é enviado para ocontrolador.
A entrada é função da saída
•••• Sistema em malha aberta: o sinal de saída nãoexerce nenhuma ação de controle no sistema(sistema complementar ao de malha fechada)
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Terminologia do Controle•••• Distúrbio: sinal que tende a afetar de maneira adversa o valor da variável de saída de um sistema
Distúrbios internos e externos
•••• Sensor: dispositivo de detecção ou medição de variáveis do processo
•••• Variável controlada: grandeza a ser controlada, medida pelo sensor
Sinais adicionaisde entrada
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Terminologia do Controle•••• Planta: qualquer equipamento, ou parte dele, a ser controlado
•••• Atuador: dispositivo de acionamento
Bombas, válvulas, motores, chaves...
•••• Variável manipulada: grandeza que é variada pelo atuador de modo a afetar a variável controlada
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Terminologia do Controle•••• Controlador: dispositivo que, a partir do sinal de erro, determina o sinal de comando para o atuador de forma a manter a variável controlada no valor desejado
Sistema de controle em malha fechada
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Classes de Sistemas de Controle
Regulador: o objetivo é manter uma variável de processo a um valor constante, mesmo na presença de distúrbios
Exemplos:•••• Controle de velocidade dos geradores de
corrente alternada nas centrais de energia elétrica
•••• Sistema biológico humano•••• Controle de temperatura em estufas
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Classes de Sistemas de Controle
Seguidor: o objetivo é fazer com que uma variável de processo siga uma função do tempo pré-determinada
Exemplos:•••• Sistema automático de aterrissagem de aeronaves•••• AGV (Automatic Guided Vehicle)
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Malha Aberta ou Fechada?
Malha Fechada:dirigir
desenhar
Malha Aberta:dirigir
desenhar
•••• Diversas atividades do cotidiano envolvem o serhumano como parte de um sistema de controleem malha fechada
De olhos vendados!!(não há correção)
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Malha Aberta ou Fechada?•••• Exemplos de sistemas em malha aberta:
Sistema de controle de velocidade de rotação de uma furadeira manual: o operador exerce umapressão maior ou menor no gatilho – não háinfluência da saída capaz de alterar a entrada deforma a manter a velocidade de rotação constantena presença de distúrbios (carga)
A correção é feita pelo operador, que aumenta a pressão no gatilho quando percebe a diminuição da velocidade de rotação (se isto for possível).
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Malha Aberta ou Fechada?•••• Exemplos de sistemas em malha aberta:
Sistema de controle das operações de uma máquina de lavar roupas: as operações de molho,lavagem e enxágüe são executadas em umaseqüência pré-determinada no tempo
A lavadora não mede o sinal de saída, ou seja, nãohá verificação da qualidade da lavagem das roupas
O controle em malha aberta só pode ser utilizado quando a relação entre os sinais de entrada e saída for conhecida
totalmente e não houver nenhum distúrbio
![Page 15: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/15.jpg)
Malha Aberta ou Fechada?
Malha Aberta:•••• Baixo custo•••• Fácil construção•••• Alta sensibilidade a mudanças de parâmetros edistúrbios externos
Malha Fechada:•••• Custo relativamente elevado•••• Rejeição a distúrbios•••• Baixa sensibilidade a mudanças de parâmetros
A estabilidade assume papelmenos significativo
A estabilidade é um problema de suma importância (correções além do necessário causam
oscilações)
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Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle de velocidade (Regulador Watt):
A quantidade de combustível injetada no motor é ajustada
em função da diferença entre as
velocidades desejada e atual do motor
![Page 17: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/17.jpg)
Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle de velocidade (Regulador Watt):
Variável controlada:velocidade do motor
Sinal atuante:suprimento de combustível
Distúrbio externo:mudanças na carga
do motor
![Page 18: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/18.jpg)
Exemplos de Sistemas de Controle•••• Sistema de controle temperatura de uma estufa:
+-
Entrada (V)
(valor de referência)
Ganho
Triac
Pulsos de controle
para o Triac (Tensão
modulada por largura
de pulso)
AquecedorControlador
PID
Tensão (V)
Interface para o
aquecedor
Estufa
Amplificador
Ponte de
Wheatstone
Resistência
elétrica ( )Sensor
Tensão (V)
Tensão alternada com
ângulo de disparo
controlado (0-240V,
60Hz)
Energia na forma de
calor
Tensão (mV)
Variável controlada: Temperatura da estufaVariável manipulada: Calor fornecido pelo aquecedor
![Page 19: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/19.jpg)
• Sistema de controle de temperatura do compartimento de passageiros de um veículo
Temperatura
desejada
(entrada) Temperatura no
compartimento
de passageiro
(saída)
ControladorAquecedor ou
ar-condicionado
Compartimento
de passageiro
Sensor
Sensor do calor
da radiação solar
Sensor
Radiação
solar
Temperatura
ambiente
Instalado no ponto em quea sensação térmica é mais
relevante
Distúrbiosexternos
(medidos)
Exemplos de Sistemas de Controle
![Page 20: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/20.jpg)
Outras características de Sistemas de Controle
- Controle Manual x Controle Automático
• Manual: controlador é o homem.
• Automático: equipamento de controle.
- Ação de Controle “ON-OFF” (Liga-desliga) X Ação de Controle Contínuo• “ON-OFF”: A saída do controlador possui dois
valores – 0 e 100%. • CONTÍNUO: a saída do controlador varia entre 0
e 100% .
![Page 21: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/21.jpg)
![Page 22: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/22.jpg)
• CONTROLE ANALÓGICO
• Implementado através de circuitos eletrônicos analógicos. A saída é definida em cada unidade de tempot ϵ R
• CONTROLE • DIGITAL• Implementado
através de programação de computadores digitais que recebem o erro de forma digital e executam cálculos a fim de fornecer uma saída em forma digital.
![Page 23: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: Controle Digital](https://reader034.fdocumentos.tips/reader034/viewer/2022051517/55cf94c9550346f57ba46137/html5/thumbnails/24.jpg)
Vantagens do uso de computadores em relação aos sistemas analógicos:• Flexibilidade para mudanças no projeto
(sft x hdw)• Visualização do processo (apresentação
de erro, variáveis, saída do controlador ao operador),
• Imunidade a ruídos,• Redução de custos (depende de EVTE)