1 2 malha aberta e fechada

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
Resumo
1
2
Terminologias
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

Terminologias
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.

Terminologias
Malha Fechada
O sinal de saída possui efeito direto no sinal de controle.
São denominados sistemas de controle realimentados ou
com retroação.
Ref. + Erro
-
u(t ) Saída
Controlador Planta
O sistema em malha fechado é utilizado para enviar o sinal
de erro para o controlador e deste modo eliminá-lo.
Malha Fechada ⇔ Realimentação (feedback).
u(t ) é a lei de controle aplicada na planta.

Terminologias
Malha Fechada
Exemplo

Terminologias
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

Terminologias
Por meio da utilização de um sistema de controle de malha
fechada, pode-se 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, verifica-se 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.

Terminologias
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. Necessita-se de teorias
avançadas de controle, tais como fuzzy, para minimizar o tempo de
espera dos veículos.

Terminologias
Sistemas Biológicos
Considere a competição entre duas espécies de bactérias, cuja população
são x1 e x2. A variação das populações pode ser descrita como:
x1(t ) = a11x1(t ) − a12x1(t )x2(t )
x2(t ) = a21x2(t ) − a22x1(t )x2(t )
os parâmetros são constantes positivas, sendo x1 e x2 não negativas.
Se for usado um agente químico, a população é descrita da seguinte
maneira:
x1(t ) = a11x1(t ) − a12x1(t )x2(t ) − b1u(t )
x2(t ) = a21x2(t ) − a22x1(t )x2(t ) − b2u(t )
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.

Terminologias
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.

Terminologias
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.

Terminologias
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, espera-se do projeto de sistema de controle, reduzir ou
eliminar o sinal de erro de regime estacionário.

Terminologias

Terminologias
Um Projeto - Controle de uma Mesa Rotativa
Inúmeras aplicações utilizam mesas rotativas para gira um
disco com velocidade constante, ex: leitor de CD.
Projeto
Objetiva-se 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.

Terminologias
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.
Espera-se 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.

Terminologias
Sistema de Controle para Aplicação de Insulina

Terminologias
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:

Terminologias
Malha Fechada Versus Malha Aberta Exercício
Resumo
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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

Terminologias
Considere o seguinte sistema ilustrado,
O objetivo do sistema de controle é manter a temperatura
estável em 22◦ C.

Terminologias
Utilizando um bimetal (ilustrado abaixo), que é composto de
dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes,
pode-se 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.

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