Introdução aos Sistemas de Controle: Malhas Abertas e Fechadas

Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Aula 4 Sistemas realimentados ECA602 Sistemas de Controle Prof Fernando Henrique UNIFEI Universidade Federal de Itajuba Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 1 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Introducao Um sistema de controle consiste de subsistemas construıdos com o objetivo de se impor uma saıda desejada com um desem penho desejado a um determinado processo dada uma entrada especificada Objetivo da disciplina analise e projeto de sistemas de con trole realimentados em malha fechada Analise dado um sistema em malha fechada desejamos estu dar seu comportamento Projeto especificacao do comportamento desejado para de terminado processo seguido da sıntese do sistema de controle de modo que o mesmo apresente as caracterısticas desejadas em malha fechada Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 2 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Malha fechada Realimentacao e uma configuracao em que a entrada de um determinado sistema depende pelo menos em parte de sua propria saıda Ou seja a entrada do sistema e uma funcao da saıda e a saıda do sistema e uma funcao da entrada Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 3 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Malha fechada Exemplo Controle da temperatura ambiente de uma sala controle onoff Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 4 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Malha fechada O componente central de um sistema de controle realimentado e o processo que tem sua saıda controlada Esse processo esta sujeito a perturbacoes O atuador e o dispositivo que pode influenciar a variavel con trolada do processo A combinacao do processo e do atuador e chamada de planta O controlador calcula o sinal de controle com base no erro do sistema que e definido como a diferenca entre o sinal de referˆencia e a saıda do sensor O sinal de saıda do sensor usualmente contem ruıdo Pode ser necessario um filtro de entrada para converter o sinal de referˆencia para a forma eletrica utilizada pelo controlador Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 5 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Malha fechada Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 6 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Malha aberta Sistemas de controle em malha aberta nao conseguem reali zar correcoes para compensar perturbacoes adicionadas ao pro cesso O desempenho adequado depende de um modelo muito preciso da planta Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 7 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 8 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo 0 05 1 15 2 25 3 44 46 48 5 52 54 56 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 9 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 10 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo 0 05 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 11 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 12 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos 0 05 1 15 2 25 3 44 46 48 5 52 54 56 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 13 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 14 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo 0 05 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 15 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo 0 05 1 15 2 25 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 16 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplo 0 05 1 15 2 25 3 150 100 50 0 50 100 150 Tempo s Tensao V 0 05 1 15 2 25 3 15000 10000 5000 0 5000 10000 15000 Tempo s Velocidade rpm Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 17 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Objetivos Entre os objetivos gerais dos sistemas de controle estao 1 Rejeitar perturbacoes 2 Lidar com erros de regime permanente 3 Melhorar as caracterısticas da resposta transitoria 4 Reduzir sensibilidade a modificacoes de parˆametros da planta Desvantagens 1 Complexidade 2 Custo 3 Pode levar a instabilidade Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 18 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Objetivos Podese classificar os tipos de problemas de controle como re gulatorio ou servomecanismo No problema de controle regulatorio o objetivo principal e man ter uma variavel fısica em determinado valor na presenca de perturbacoes Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 19 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Objetivos No problema de controle do tipo servomecanismo ou servo o objetivo principal e seguir ou rastrear uma determinada funcao do tempo Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 20 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Objetivos As etapas da solucao de um problema de controle geralmente seguem a seguinte ordem 1 Escolha dos sensores para medicao das saıdas da planta e escolha dos atuadores 2 Desenvolvimento de modelos matematicos da planta atuadores e sensores 3 Projeto do controlador baseado nos modelos desenvolvidos e nas especificacoes desejadas 4 Avaliacao do projeto por simulacao 5 Teste do sistema de controle no sistema fısico 6 Se os testes realizados no sistema fısico forem insatisfatorios iterar esses passos Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 21 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplos Sistema de controle de nıvel Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 22 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplos Governador centrıfugo regulador de Watt 1788 Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 23 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplos Controle do ˆangulo de rolagem de uma aeronave Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 24 25 Introducao Malha fechada Malha aberta Exemplo Objetivos Exemplos Exemplos Sistema de controle para um gerador Prof Fernando H D Guaracy ECA602 Sistemas de Controle 25 25