Um sistema de controle consiste em subsistemas e processos (ou plantas) reunidos com o propósito de controlar as saídas dos processos.

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2 Sistemas de Controle Um sistema de controle consiste em subsistemas e processos (ou plantas) reunidos com o propósito de controlar as saídas dos processos. Exemplo: Uma caldeira produz calor como resultado do fluxo de combustível. Neste processo, subsistemas chamados válvulas de combustível e atuadores de válvulas de combustível são usados para regular a temperatura de uma sala, controlando a saída de calor da caldeira. Outros subsistemas como os termostatos, que se comportam como sensores, medem a temperatura da sala. 2

3 Sistemas de Controle Os sistemas de controle estão por toda parte: Mísseis, naves espaciais, aviões, satélites Controle de atitude, velocidade, aceleração Estufas, aviários, câmaras refrigeradas Controle da temperatura, da umidade, da ventilação Usinagem de peças automaticamente Controle de posição e de velocidade Veículos guiados autonomamente Transporte de material ou de pessoas 2D, 3D, deslizando sobre andaimes Robôs Manipuladores Controle de posição, orientação, velocidade, força 3

4 Sistemas de Controle Sistemas de controle no corpo humano: O pâncreas, regulando o açúcar no sangue através da insulina; A adrenalina, controlando o ritmo do coração; Os olhos, seguindo um objeto para mantê-lo no seu campo visual, o diâmetro da pupila em função da luminosidade; As mãos, segurando um objeto com a força necessária e colocando-o em um local determinado; A transpiração, através da qual a temperatura do corpo é controlada; A produção de hormônios que controlam diversos processos no corpo humano. 4

5 Descrição simplificada de um sistema de controle Entrada, estímulo Resposta desejada Sistema de controle Saída, resposta Resposta real 5

6 ELEVADORES Os elevadores primitivos eram controlados por cabos manuais ou por um operador de elevador. Aqui, uma corda é cortada para demonstrar o freio de segurança, uma inovação nos elevadores primitivos. Os modernos elevadores de transporte duplo fazem sua subida no Grande Arche em Paris, conduzidos por um motor, com cada carro contrabalançando o outro. Hoje, os elevadores são completamente automáticos, usando sistemas de controle para regular posição e velocidade. 6

7 Entrada e saída do elevador Comando de entrada Andar Resposta transitória Resposta de estado estacionário Erro de estado estacionário Resposta do elevador Tempo 7

8 a) Reprodutor de disco de vídeo a laser; b) Lentes objetivas lendo depressões no disco; Substrato plástico transparente (resina acrílica) Pioneer Electronics, Inc. Lente objetiva Camada protetora Camada refletiva (alumínio) c) Trajetória óptica para reprodução mostrando o espelho de rastreamento acionado angularmente por um sistema de controle para manter o feixe de laser posicionado nas depressões Fotodiodo Espelho fixo Lente de Lente acoplamento cilíndrica Diodo laser Lente toroidal Disco Espelho tangencial Lente objetiva Prisma Placa de 1/4 Retícula de comprimento de onda Espelho rastreador 8

9 Diagrama de blocos dos sistemas de controle: a) sistema a malha aberta b) sistema a malha fechada Entrada ou Referência Entrada ou Referência Transdutor de Entrada Transdutor de Entrada + - Erro ou Sinal Atuante Controlador (a) Controlador Perturbação 1 Perturbação Processo Junção Somadora Junção Somadora ou Planta + + Processo ou Planta + + Junção Somadora Perturbação 1 Perturbação Junção Somadora Saída ou Variável Controlada Saída ou Variável Controlada (b) Transdutor de Saída ou Sensor 9

10 Acionador de disco rígido de computador, mostrando discos e cabeça de leitura e gravação Cortesia de Quantum Corp. 10

11 Uma antena de rádio é um exemplo de sistema com controles de posição, neste caso, ângulos de orientação. 11

12 Controle de Orientação de Painel Solar Ângulo de Azimute Ângulo de Elevação 12

13 Sistema de controle de azimute de uma antena Conceito do Sistema Antena Potenciômetro Ângulo de Azimute Desejado Ângulo de Azimute de Saída 13

14 Sistema de controle de azimute de uma antena Layout Detalhado Ângulo de Azimute Desejado Potenciômetro Potenciômetro Ângulo de Azimute de Saída Antena Amplificador diferencial e Amplificador de potência Motor Potenciômetro 14

15 Sistema de controle de azimute de uma antena Esquemático Potenciômetro Amplificadores Amplificador Diferencial e Amplificador de Potência K Motor Resistência da armadura Armadura Campo constante Inércia Amortecimento viscoso Potenciômetro Sistema de Engrenagens 15

16 Sistema de controle de azimute de uma antena Diagrama de Blocos Funcional Entrada angular Transdutor de entrada Tensão prop. à entrada Potenciômetro Comparador Sinal deerro Controlador Amplificadores de sinal e de potência Planta ou Processo Motor, carga e engrenagens Saída angular Tensão prop. à saída Sensor (transdutor de saída) Potenciômetro 16

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18 Sistema de Engrenagens e sua Carga (Antena) Sistema equivalente referido à saída após a reflexão do torque de entrada Sistema equivalente referido à entrada após a reflexão das impedâncias 18

19 Representação do Motor CC 19

20 Representação do Motor CC 20

21 Resposta de um sistema de controle de posição mostrando o efeito de valores grande e pequeno para o ganho do controlador na resposta de saída Resposta Saída com ganho alto Entrada Saída com ganho baixo Tempo 21

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23 AGVs Autonomous Guided Vehicle Transporte de materiais em unidades industriais, armazéns... 23

24 Diagrama de Blocos do AGV 24

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26 Definição da atitude de uma aeronave 26

27 Bobinadeira Cilindros de prensagem Processo Brida Bobinadeira de superfície Transdutor de força Desenroladeira acionada pelo centro Retroação de posição do autotensionador (bailarino) 27

28 Controle de um reator nuclear Amplificador, motor e sistema de acionamento Ajuste do nível de potência desejado Vareta Núcleo radioativo Detector de nêutrons 28

29 Válvula solenóide proporcional de alta velocidade Mola de retorno Luva Seção não-magnética Carretel Bobina Mancais Armadura Tubo de pressão LVDT 1996, ASME. 29

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35 Sistema de Controle em Biomedicina Perfis normais de glicose e insulina Controle em malha aberta de glicose 35

36 Sistema de Controle do Olho Humano 36