Instrumentação e Controle Aula 1. Prof. Renato Watanabe ESTO004-17

Transcrição

1 Instrumentação e Controle Aula 1 Apresentação Prof. Renato Watanabe ESTO004-17

2 Calendário Quarta-Feira Sexta-Feira Data Tema Data Tema 31/mai AULA 1: Apresentação 02/jun AULA 2: Classificação de sistemas 07/jun AULA 3: Modelagem com equações diferenciais 09/jun Aula Prática 1 14/jun AULA 4: Representação no espaço de estados 16/jun Feriado 21/jun AULA 5: Resposta da Equação homogênea 23/jun Aula Prática 2 28/jun AULA 6: Resposta forçada 30/jun Aula Prática 3 05/jul AULA 7: Análise da resposta ao degrau 07/jul Aula Prática 4 12/jul PROVA 1 14/jul AULA 8: Transdução de medidas e sensores 19/jul AULA 9: Circuitos de instrumentação 21/jul AULA 10: Características de instrumentos 26/jul AULA 11: Estabilidade 28/jul AULA 12: Controle em malha fechada 02/ago AULA 13: Controladores elementares 04/ago Aula Prática 5 09/ago AULA 14: Controle PID 11/ago Aula Prática 6 16/ago PROVA 2 18/ago Prova Substitutiva

3 Aulas práticas A parte prática da disciplina será composta por seis laboratórios. Em três deles será desenvolvido um sistema de controle de posição de um motor de corrente contínua em malha fechada. Estas aulas serão na sala O-L13. Nestas aulas, os alunos deverão formar grupos de 4 a 5 pessoas para realizar as atividades propostas em sala de aula. Cada grupo deverá entregar um relatório com as atividades propostas no roteiro uma semana após a realização das práticas.

4 Aulas práticas As outras três serão na sala A1-L002, e os alunos aprenderão conceitos básicos dos softwares Labview e MATLAB. Nestas aulas, os alunos deverão formar duplas para realizar as atividades propostas em sala de aula. Cada dupla deverá entregar um relatório com as atividades propostas no roteiro uma semana após a realização das práticas.

5 Aulas práticas Todos os relatórios deverão ser enviados para

6 Aulas práticas Professores: Renato Naville Watanabe Fernando Moura

7 Aulas Práticas Aula Prática Data Turma A1 Turma A2 1 09/jun Lab 1 na sala A1-L002 Lab 2 na sala O-L /jun Lab 2 na Sala O-L13 Lab 1 na sala A1-L /jun Lab 3 na sala A1-L002 Lab 4 na sala O-L /jul Lab 4 na sala O-L13 Lab 3 na sala A1-L /ago Lab 5 na sala A1-L002 Lab 6 na sala O-L /ago Lab 6 na sala O-L13 Lab 5 na sala A1-L002 Lab 1: Introdução ao LabView Lab 2: Curva de Calibração Lab 3: Introdução à Modelagem com Matlab Lab 4: Acionamento do motor Lab 5: Introdução à Controle com Matlab Lab 6: Controle em malha fechada do motor

8 Provas Serão realizadas duas provas. As provas terão duas horas de duração e serão feitas de forma individual. Cada aluno poderá levar para a prova uma folha A4 com anotações pessoais, frente e verso. As anotações contidas na folha trazida pelo aluno deverão ter sido escritas a mão e conter o seu nome. Não serão aceitas cópias ou impressões.

9 Conceitos onde M = { min(mp, M L ), se M P < 5 ou M L < 5 0, 35P 1 0, 35P 2 0, 3M L, caso contrário M P = P 1 P 2. 2 Média M Conceito 9 M A 7, 5 M < 9 B 6, 0 M < 7, 5 C 5 M < 6, 0 D M < 5 F

10 Recuperação Os alunos que obtiverem conceito final D ou F poderão requerer a realização de uma recuperação, a ser realizada em data a ser definida posteriormente.no caso de realização da prova de recuperação, a nota final será calculada da seguinte maneira: M F = M M R (1) 2 em que M R é a nota da prova de recuperação. Neste caso, a conversão para conceitos será a mesma adotada na tabela do slide anterior, utilizando a nota M F no lugar de M.

11 Bibliografia OGATA, K.; Engenharia de controle moderno, Prentice Hall, 4a Ed. (2003). DORF, R.C.; Sistemas de Controle Modernos, LTC, 12a Ed. (2013). HELFRICK, A.D.; COOPER, W.D. Instrumentação Eletrônica Moderna e Técnicas de Medição. Prentice Hall do Brasil, (1994). ALVES, J.L.L. Instrumentação, controle e automação de processo, Rio de Janeiro: LTC, (2005) BALBINOT, A.; BRUSSAMARELLO, V. J.; Instrumentação e Fundamentos de Medida, LTC, 1a edição, 2006.

12 Site da disciplina

13 Entrada e saída de um sistema Um sistema pode ser visto como um processo que transforma um sinal em outro. Portanto, um sistema tem uma entrada e uma saída, que se relaciona com a entrada pela dinâmica do sistema. Entrada(s) u(t): considerada como a causa. Saída(s) y(t): considerada o efeito provocado pela entrada.

14 Controle Nem sempre o sistema tem o comportamento desejado O objetivo de um sistema de controle é que o sinal de saída tenha o comportamento desejado. Geralmente, um sistema de controle requer uma realimentação.

15 Exemplo básico de controle Chuveiro

16 Exemplo básico de controle Fluxo de água Chuveiro

17 Exemplo básico de controle Fluxo de água Chuveiro Temperatura

18 Exemplo básico de controle Registro Fluxo de água Temperatura Chuveiro

19 Exemplo básico de controle Registro Fluxo de água Temperatura Chuveiro Medição tátil

20 Exemplo básico de controle Temperatura desejada Pessoa Registro - Fluxo de água Temperatura Chuveiro Medição tátil

21 Exemplo básico de controle Temperatura desejada Pessoa Registro - Fluxo de água Temperatura Chuveiro Medição tátil

22 Exemplo básico de controle Temperatura desejada Pessoa Registro - Fluxo de água Medição tátil Outro fluxo de água Temperatura Chuveiro

23 Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo

24 Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo Ruído sensorial

25 Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo Ruído sensorial

26 Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sistema ou Planta Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo Ruído sensorial

27 Estrutura de um sistema de controle em malha fechada Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sistema ou Planta Realimentação Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo Ruído sensorial

28 Estrutura da disciplina Controlador Atuador - Sistema ou Planta Sistema ou Planta Realimentação Sensor Sistema: Aulas 2 a 7 e Labs 3 e 4 Sensor (instrumentação): Aulas 8 a 10 e Labs 1 e 2 Controlador: Aulas 11 a 14 e Labs 5 e 6

29 Controle de nı vel de uma caixa d a gua

30 Controle de nı vel de uma caixa d a gua

31 Regulador de Watt

32 Regulador de Watt Velocidade angular desejada Válvula Regulador de de Watt combustível - Motor de combustão Mudança na carga Velocidade angular Sistema de transmissão

33 Controle de velocidade de esteira

34 Controle de velocidade de esteira Velocidade desejada Computador Motor - Peso do corredor Esteira Velocidade da esteira Tacômetro

35 Controle de inflação Meta de in ação COPOM do BC - taxa de juros Escassez de produto, instabilidade política, etc Sistema nanceiro In ação IPCA

36 Controle da postura ereta

37 Controle da postura ereta Posição do centro de massa ideal Sistema Músculos Nervoso do corpo Central - Empurrão Sistema esquelético Posição do centro de massa Sistemas vestibular, visual, proprioceptivo

38 Malha aberta Nem todo sistema de controle tem uma realimentação.

39 Malha aberta Nem todo sistema de controle tem uma realimentação. A saída não influencia o sinal de controle.

40 Outros exemplos

41 Vantagens e desvantagens da realimentação Vantagens Capaz de lidar com distúrbios e ruídos. Robusto à incerteza do modelo. Desvantagens Em geral é mais caro. Pode levar a instabilidade.

42 Exercícios 1 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha fechada. Para cada um destes sistemas, identifique o sensor, o mecanismo de atuação e a grandeza que está sendo controlada. Faça o diagrama de blocos de cada um destes sistemas. 2 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha aberta. Para cada um destes sistemas, identifique o mecanismo de atuação e a grandeza que está sendo controlada. Faça o diagrama de blocos de cada um destes sistemas.