Controle em Malha Aberta e Fechada - Terminologias e Exercícios

Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Aula 2 Carlos Amaral Fonte Cristiano Quevedo Andrea UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná DAELT Departamento Acadêmico de Eletrotécnica Curitiba Agosto de 2011 UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Resumo 1 2 Terminologias Controle em Malha Fechada 3 Controle em Malha Aberta 4 Malha Fechada Versus Malha Aberta 5 Exemplos de Sistemas de Controle 6 Projeto de Sistema de Controle 7 Exercícios para Resolução em Sala de Aula Exercício UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Termos Planta é uma parte de um equipamento eventualmente um conjunto de itens de uma máquina que funcionam conjuntamente objetivando a realização de uma dada função Processos Operação Natural de Progresso Contínuo Neste curso consideraremos processo todo a operação a ser controlada Variável Controlada grandeza ou condição que é medida e controlada Sistema combinação de componentes que agem em conjunto para atingir um determinado objetivo Ex Sistemas Físicos Sistemas Econômicos Sistemas Biológicos etc Distúrbio sinal que tende a afetar de maneira adversa o valor da variável de saída do sistema Ex Vento UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Malha Fechada O sinal de saída possui efeito direto no sinal de controle São denominados sistemas de controle realimentados ou com retroação Ref Erro ut Saída Controlador Planta O sistema em malha fechado é utilizado para enviar o sinal de erro para o controlador e deste modo eliminálo Malha Fechada Realimentação feedback ut é a lei de controle aplicada na planta UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Malha Fechada Exemplo UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Malha Aberta São sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito na ação de controle Também conhecido como feedforward Entrada Saída K Planta sendo K o controlador utilizado no controle em malha aberta Neste tipo de sistema a saída nem é medida nem realimentada Exemplo Máquina de lavar roupa UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Por meio da utilização de um sistema de controle de malha fechada podese projetar um sistema de controle a distúrbio e variações de parâmetros da planta O sistema de controle de malha aberta é mais fácil de ser construído visto que grande parte das plantas é estável em malha aberta Em sistemas onde é conhecida a relação entre a entrada e a saída e ainda verificase a ausência de distúrbio é aconselhável a utilização de um sistema de controle de malha aberta Geralmente projeto de sistemas em malha fechada são mais caros que malha aberta Uma combinação entre sistemas de controle de malha aberta e malha fechada apresenta melhores resultados do que utilizados separadamente UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistema de Controle de Tráfego O sistema de controle de tráfego por meio de semáforos operados em base de tempos constitui um sistema de controle de malha aberta Se fosse informado o número de carros parado em cada ramo das ruas a uma central informatizada e esta central decide quando ativar o sinal verde e vermelho então o sistema seria malha fechada Sistema de controle muito complexo Necessitase de teorias avançadas de controle tais como fuzzy para minimizar o tempo de espera dos veículos UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistemas Biológicos Considere a competição entre duas espécies de bactérias cuja população são x1 e x2 A variação das populações pode ser descrita como x1t a11x1t a12x1t x2t x2t a21x2t a22x1t x2t os parâmetros são constantes positivas sendo x1 e x2 não negativas Se for usado um agente químico a população é descrita da seguinte maneira x1t a11x1t a12x1t x2t b1ut x2t a21x2t a22x1t x2t b2ut Neste caso o problema é minimizar a população 1 em um determinado intervalo de tempo enquanto se mantém a população 2 Este é um exemplo de um sistema biológico no qual pode ser aplicado um sistema de controle UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistema de Controle de Pressão Considere a figura abaixo A pressão na caldeira é controlada pela posição do regulador Esta pressão é medida por um elemento medidor de pressão O sinal medido é enviado ao controlador para comparação com o valor desejado Se existir algum erro a saída do controlador é enviado ao atuador que posiciona o regulador de modo a reduzir o erro UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistema de Controle de Velocidade Considere a figura a seguir A quantidade de vapor admitida no cilindro da máquina é ajustada de acordo com a diferença entre a velocidade real e a desejada A referência é ajustada no valo da velocidade desejada UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula O projeto de engenharia de sistemas de controle é a principal tarefa do engenheiro neste contexto ele deve ser criativo e atender as necessidades de desempenho desejadas Um projeto de controle deve ser estável esta é a exigência fundamental Um projeto de sistema de controle também deve ter uma estabilidade relativa razoável Por fim esperase do projeto de sistema de controle reduzir ou eliminar o sinal de erro de regime estacionário UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Projeto de Sistema de Controle UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Um Projeto Controle de uma Mesa Rotativa Inúmeras aplicações utilizam mesas rotativas para gira um disco com velocidade constante ex leitor de CD Projeto Objetivase projetar um sistema de controle que mantenha a velocidade de giro do leitor de CD constante Para obter a rotação do disco será utilizado um motor CC como atuador UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Um Projeto Controle de uma Mesa Rotativa O sensor utilizado neste caso é o tacômetro o qual fornece tensão na saída proporcional à velocidade de seu eixo Esperase que o sistema em malha fechada apresente melhores resultados em relação a malha aberto visto que em malha fechada irá operar para diminuir o sinal de erro UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistema de Controle para Aplicação de Insulina UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Sistema de Controle para Aplicação de Insulina O objetivo é projetar um sistema de controle para manter regulada a concentração de açúcar no sangue de um diabético O sistema abaixo é proposto para solucionar este problema de controle UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Resumo 1 Terminologias 2 Controle em Malha Fechada 3 Controle em Malha Aberta 4 Malha Fechada Versus Malha Aberta 5 Exemplos de Sistemas de Controle 6 Projeto de Sistema de Controle 7 Exercícios para Resolução em Sala de Aula Exercício UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Considere o seguinte sistema ilustrado O objetivo do sistema de controle é manter a temperatura estável em 22 C UTFPR DAELT Sistema de Controle Terminologias Controle em Malha Fechada Controle em Malha Aberta Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício Exemplos de Sistemas de Controle Projeto de Sistema de Controle Exercícios para Resolução em Sala de Aula Utilizando um bimetal ilustrado abaixo que é composto de dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes podese realizar este sistema de controle Descreva um sistema de controle em blocos para este exercício Aborde o sistema em malha aberta e em malha fechada apontando vantagens e desvantagens UTFPR DAELT Sistema de Controle