Aula 1 de SC1.pdf

7/25/2019 Aula 1 de SC1.pdf

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Prof Anny Verly

[email protected]

Joo Monlevade, abril de 2016.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Sistemas de Controle IAula n1Introduo disciplina


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ObjetivosViso Geral

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Uma das reas tecnolgicas fundamentais

para se aumentar a rentabilidade das unidade a de controle, automao e otimizao deprocessos!

Melhoria contnua da produtividade dasplantas industriais.

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ObjetivosViso Geral

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Ganhos:

Aumento no nvel de qualidade dos produtos; Minimizao da necessidade dereprocessamento;

Aumento da confiabilidade; Liberao do operador de uma srie deatividades repetitivas para executar a supervisoe otimizao da planta.

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ObjetivosViso Geral

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Controle de Processos: Se refere a sistemas

quem tm como objetivo manter certas

variveis de uma planta entre os seus limites

operacionais desejveis.

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ObjetivosViso Geral

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Tipos de sistemas.

Modelagem matemtica de sistemas lineares.

Anlise de sistemas no domnio do tempo. Anlise de estabilidade.

Anlise de sistemas no domnio da frequncia.

Lugar das razes. Estratgias de controle.

Projetos de compensadores.

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Disciplinas Relacionadas

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Semi Bsico:

Clculo, fsica,programao,EDOs, clculo

numrico.

Bsico :

Circuitos Eltricos,Sinais e Sistemas,Eletromagnetismoe MODELAGEM.

Semi Intermedirio:

Mquinas, Eletrnicae SISTEMAS DE

CONTROLE I.

Intermedirio:INSTRUMENTAO,

AcionamentosEltricos,

INFORMTICAINDUSTRIAL

nfase:

Controle Multivarivel,No Linear, Digital,

Adaptativo,Estocstico, Robtica,

identificao...


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Contextualizao da rea no curso


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Etapas para a Construo de um Sistema

Automtico

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DEFINIO DOSOBJETIVOS EFINALIDADE

INSTRUMENTAODO SISTEMA

FERRAMENTAS DEMODELAGEM DO

SISTEMA

FERRAMENTAS DECONTROLE


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O Problema

Sistema

Entrada Sada

R(s)

Controlador

Sensor

E(s) U(s)

Y(s)

Gc(s) G(s)

H(s)

0 1 2 3 4 5 6.2

.

.

.8

1

.2

.

.

0 1 2 3 4 5 6

0

.2

.4

.6

.8

1

t)

. . . ..

.

.

.

.

.

.

.

t)


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O ProblemaProjeto Completo

Maglev


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Maglev


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Maglev


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Projeto Completo

Maglev

Estabelecer os objetivos,identificar as variveis a

serem controladas eespecificaes.

Sistema

Referncia

Sada

R(s)

Controlador

Sensor

E(s) U(s) Y(s)

Atuador

M(s)

+

-


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Projeto Completo

Maglev



Definio e modelagemdo sistema.

Sistema

Referncia

Sada

R(s)

Controlador

Sensor

E(s) U(s) Y(s)

Atuador

M(s)

+

-0,5 [A /V ]

-19,6

7400 [V /m]

S - 5600


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Projeto Completo

Maglev



Sistema

Referncia

Sada

R(s)

Controlador

Sensor

E(s) U(s)Y(s)

Atuador

M(s)

+

-0,5 [A /V ]

-19,6

7400 [V /m]

S - 5600

Definio e modelagemdo sistema.

Projeto do sistema decontrole, simulao e

anlise.

s 16,9-4,3e6s 5,6e5

A Importncia da Modelagem de SistemasRodrigo Ricco


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Projeto Completo

MaglevResultados simulados

Sem controle!!!


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Projeto Completo

MaglevResultados simulados

Com controle!!! ;-)


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Projeto Completo

MaglevResultados Experimentais

A Importncia da Modelagem de SistemasAnny Verly


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Projeto Completo

Maglevmontagem final e funcionamento

Prefessor Orientador: Rodrigo Augusto RiccoAlunos de SC1: Paulo Mata, Wilsander, Ra e Ismael.


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Projeto Completo

ExemploSistema de Controle de Temperatura


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Projeto Completo



24/66

Projeto Completo



25/66

Projeto Completo



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Controle de Um Sistema Linear


0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100024

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

Temperatura(C)

Tempo (segundos)

Determinao do modelo da estufa

.3,24007,0

03,0

)(

)(

)( ssR

sY

sG


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Controle de Um Sistema Linear


Projeto do controlador PID

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100024

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Temperatura(C)

Tempo (segundos) 0 100 200 300 400 500 600 700 800

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

Temperatura(C)

Tempo (segundos)


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2. Introduo ao Controle

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O controle automtico tem

desempenhado um papel

fundamental no avano da

engenharia e da cincia. Alm

da extrema importncia em

sistemas de veculos

espaciais, sistemas de

direcionamento de msseis,sistemas robticos...

O controle automtico tem se tornado de grande importncia e parte integrantedos modernos processos industriais e de produo, (OGATA, 2003).


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No controle industrial, um grandenmero de variveis, que

compreende desde a vazo,

temperatura e presso at o tempo

e a distncia, podem ser detectadas

simultaneamente.

Todas podem ser variveis

interdependentes em um nicoprocesso que exige sistemas

microprocessados complexos e

desempenham um controle total.


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O que Controle?

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Um problema de controle consiste em determinar uma

forma de afetar um sistema fsico considerado de modoque o seu desempenho atenda s especificaes;O comportamento do sistema fsico pode ser alteradoatravs das variveis manipuladas (ou varivel de

controle) geradas por um controlador.


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Feeling

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Objetivo: Sala com TA=0C manter a temperatura em22C, mesmo com a abertura e fechamento de portas e

janelas. 1 Exemplo:


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Feeling

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1 Estratgia: o homem fecha a chave e ento vai dormir. Osistema de controle pode ser esquematizado no seguintediagrama:

Resultado:


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Sistema de controle a malha aberta:

SistemaSada

Dispositivode atuao

Respostadesejada


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Feeling

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2 Estratgia: o homem l o termmetro e usa a seguinte ttica:

Resultado:

Neste caso o homem no ter altas temperaturas. Contudo, ohomem no dormir.


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Feeling

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Diagrama


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Feeling

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3 Estratgia: controle automtico usando um bimetal. Obimetal composto de dois metais com coeficientes de dilataotrmica diferentes.


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Feeling

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Diagrama de blocos:

Esta a melhor ttica pois o homem poder dormir e atemperatura da sala ser mantida em Ts22C.


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Feeling

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O esquema genrico de um sistema de malha fechada:


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Sistema de controle a Malha Fechada (emRealimentao):

Sistema

Sada

Comparao Controlador

Dispositivode medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP

(Varivel de Processo)

PV

Sinal de controle

(Varivel manipulada)

MV

Sensor + Transmissor


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Controle de Processo

Medida da Sada

Comparador Varivel Manipulada


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Exemplo: controle de nvel de um reservatrio:

SistemaControlador

-

+Reservatrio

Bia

Nveldesejado

Nvelde gua

Bomba


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Controle de Processos


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S O O O


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3. Alguns Conceitos

Os princpios de uma malha de controle de processoExemplo: Fornecimento de gua a uma srie de estaes detratamento, a temperatura da gua deve ser constante.

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Figura: Controle manual de um processo trmico.

Trocadorda calor!

Varivel medida Temperaturada gua

Varivel manipulada ou decontrole Fluxo de vapor



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3. Alguns Conceitos

Os princpios de uma malha de controle de processoExemplo: Fornecimento de gua a uma srie de estaes detratamento, a temperatura da gua deve ser constante.

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Figura: Controle automtico de um processo trmico. Malha de realimentao

simplificada.

Trocadorda calor!

Varivel medida Temperatura

da gua

Varivel manipulada ou decontrole Fluxo de vapor



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3. Alguns Conceitos

Definies de elementos de uma malha de controle

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A malha de realimentao: o percurso do sinal da sada at a entrada paracorrigir qualquer variao entre o valor da sada e o nvel definido. Em outraspalavras, a sada de um processo continuamente monitorada, o erro entre oponto de ajuste e o parmetro de sada determinado, e um sinal de correo, em seguida, enviado de volta para uma das entradas do processo, buscandocorrigir eventuais alteraes no parmetro de sada.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Varivel controlada ou medida ou de processo: a varivel de sada

monitorada a partir de um processo. O valor do parmetro de sadamonitorado normalmente mantido dentro de certos limites estabelecidos.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Varivel de controle ou manipulada: a varivel de entrada ou parmetro de

um processo que alterado por um sinal de controle proveniente doprocessador para um atuador. Ao alterar a varivel de entrada, o valor da

varivel medida pode ser controlado.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Ponto de ajuste* ou setpoint: o valor desejado do parmetro de sada.Qualquer desvio em relao a este valor gerar um sinal de erro.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Transdutores: so dispositivos que podem converter uma forma de energia emoutra como, por exemplo, um termopar que converte a temperatura emtenso. Muitos transdutores so classificados como sensores.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Conversores: so dispositivos usados para alterar o formato de um sinal semprovocar alteraes na forma de energia, isto , uma converso de uma tensoem um sinal de corrente.

Atuador ou elemento final de controle: so dispositivos usados para controlaruma varivel de entrada em resposta a um sinal proveniente de um controlador.Um exemplo uma vlvula de controle de vazo, capaz de controlar a taxa devazo de forma proporcional amplitude de um sinal eltrico fornecido pelo

controlador. Outros tipos de atuadores so rels magnticos.



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3. Alguns Conceitos


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Controladores: so dispositivos que monitoram sinais de transdutores e atuamde forma adequada para manter o processo dentro de limites especificadosde acordo com um programa predefinido, ativando e controlando osatuadores necessrios.

Sinal de erro: a diferena entre o setpoint e a amplitude da varivel medida.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Resposta

desejada(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


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Transmissores: so dispositivos utilizados para amplificar e formatar sinais,sendo adequados para a transmisso em grandes distncias com perda nulaou mnima de informao. A transmisso digital mais adequada em sistemasmais recentes.

Sistema

Sada


Dispositivo

de medida

Respostadesejada

(Set Point)

SP


PV

Sinal de controle


MV




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3. Alguns Conceitos


Exerccio: A Figura abaixo mostra o diagrama de blocos de um sistema decontrole de vazo em malha fechada. Identifique os seguintes elementos: (a) osensor, (b) o transdutor, (c) o atuador, (d) o transmissor, (e) o controlador, (f)a varivel manipulada e (g)a varivel controlada ou medida.

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Figura: Controle doprocesso com um

regulador de vazo.



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3. Alguns Conceitos


Exerccio: A Figura abaixo mostra o diagrama de blocos de um sistema decontrole de vazo em malha fechada. Identifique os seguintes elementos: (a) osensor, (b) o transdutor, (c) o atuador, (d) o transmissor, (e) o controlador, (f)a varivel manipulada e (g)a varivel controlada ou medida.

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Figura: Controle doprocesso com um

regulador de vazo.

(a)

(b)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f) (g)



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3. Alguns Conceitos

Definies rpidas de uma malha de controle

Sistema: Interconexo de dispositivos e elementos para cumprir umobjetivo desejado.

Controle: Ato de comandar, dirigir, ordenar, manipular alguma coisaou algum.

Sistema de Controle: Disposio de componentes, conectados ourelacionados de maneira a comandar, dirigir ou regular a si mesmos oua outros sistemas.

Dinmica de um sistema: refere-se a uma situao ou estado que dependente do tempo, ou seja, refere-se ao comportamento de umsistema ao longo do tempo.

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3. Alguns Conceitos


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Entrada do sistema: Estmulo ou excitao aplicados a um S.C.por meio de uma fonte de energia externa, geralmente a

produzir uma resposta especfica do sistema de controle. Sada do sistema: a resposta do sistema ao ser submetido a

uma entrada.



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3. Alguns Conceitos


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Sistema de controle realimentado: um sistema que mantm umadeterminada relao entre a sada e alguma entrada de referncia

comparando-as e utilizando a diferena como um meio de controle. Exemplos de sistemas de controle realimentado:

Controle de posio e/ou velocidade de um motor eltrico;

Homem dirigindo um automvel;

Controle de temperatura do corpo humano; Controle de um brao ou manipulador robtico;

entre outros.



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3. Alguns Conceitos Sistema de Controle em Malha

aberta (SCMA)

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o sistema em que a sada no tem nenhum efeito sobre aao de controle. Em um SCMA a sada no medida nem

realimentada para comparao com a entrada.

Ex: Mquina de lavar roupas.

ControladorProcesso ou

Planta

Entrada Sada

Perturbao



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3. Alguns Conceitos Sistema de Controle em Malha

Fechada (SCMF)

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Num SCMF a diferena entre a referncia (sinal de entrada) e amedida da varivel controlada (sinal realimentado), tambmchamada de sinal de erro atuante, introduzido no controladorde modo a reduzir o erro e trazer a sada do sistema a um valordesejado.

Controlador Processo ouPlanta

Entrada Sada

Perturbao

Elemento demedida



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Exerccio: Para o sistema de controle mostrado na fig. 1, obtenha

os elementos correspondentes ao diagrama de blocos(controlador, atuador, planta e sensor).

Fig. 1

Fig 2



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Sugesto de Leitura:

-Captulo 1 (Introduo) do livro: Engenharia de Sistemas deControle de Normam S. Nise.

-E/ou

-Captulo 1 (Introduo aos Sistemas de Controle) do livro:Sistemas de Controle Modernos de Richard C. Dorf e Robert H.

Bishop.

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