Instrumentacao e Controle

Aula 1

Apresentacao

Prof. Renato Watanabe

ESTO004-17

Calendario

Quarta-Feira Sexta-Feira

Data Tema Data Tema

31/mai AULA 1: Apresentacao 02/jun AULA 2: Classificacao de sistemas07/jun AULA 3: Modelagem com equacoes diferenciais 09/jun Aula Pratica 114/jun AULA 4: Representacao no espaco de estados 16/jun Feriado21/jun AULA 5: Resposta da Equacao homogenea 23/jun Aula Pratica 228/jun AULA 6: Resposta forcada 30/jun Aula Pratica 305/jul AULA 7: Analise da resposta ao degrau 07/jul Aula Pratica 412/jul PROVA 1 14/jul AULA 8: Transducao de medidas e sensores19/jul AULA 9: Circuitos de instrumentacao 21/jul AULA 10: Caracterısticas de instrumentos26/jul AULA 11: Estabilidade 28/jul AULA 12: Controle em malha fechada02/ago AULA 13: Controladores elementares 04/ago Aula Pratica 509/ago AULA 14: Controle PID 11/ago Aula Pratica 616/ago PROVA 2 18/ago Prova Substitutiva

2 2

Aulas praticas

A parte pratica da disciplina sera composta por seis laboratorios. Em tresdeles sera desenvolvido um sistema de controle de posicao de um motor decorrente contınua em malha fechada. Estas aulas serao na sala O-L13.Nestas aulas, os alunos deverao formar grupos de 4 a 5 pessoas pararealizar as atividades propostas em sala de aula. Cada grupo deveraentregar um relatorio com as atividades propostas no roteiro uma semanaapos a realizacao das praticas.

3 3

Aulas praticas

As outras tres serao na sala A1-L002, e os alunos aprenderao conceitosbasicos dos softwares Labview e MATLAB. Nestas aulas, os alunos deveraoformar duplas para realizar as atividades propostas em sala de aula. Cadadupla devera entregar um relatorio com as atividades propostas no roteirouma semana apos a realizacao das praticas.

4 4

Aulas praticas

Todos os relatorios deverao ser enviados pararenato.watanabe@ufabc.edu.br .

5 5

Aulas praticas

Professores:

Renato Naville Watanabe

Fernando Moura

6 6

Aulas Praticas

Aula Pratica Data Turma A1 Turma A2

1 09/jun Lab 1 na sala A1-L002 Lab 2 na sala O-L132 23/jun Lab 2 na Sala O-L13 Lab 1 na sala A1-L0023 30/jun Lab 3 na sala A1-L002 Lab 4 na sala O-L134 07/jul Lab 4 na sala O-L13 Lab 3 na sala A1-L0025 04/ago Lab 5 na sala A1-L002 Lab 6 na sala O-L136 11/ago Lab 6 na sala O-L13 Lab 5 na sala A1-L002

Lab 1: Introducao ao LabView

Lab 2: Curva de Calibracao

Lab 3: Introducao a Modelagem com Matlab

Lab 4: Acionamento do motor

Lab 5: Introducao a Controle com Matlab

Lab 6: Controle em malha fechada do motor

7 7

Provas

Serao realizadas duas provas. As provas terao duas horas de duracao eserao feitas de forma individual. Cada aluno podera levar para a provauma folha A4 com anotacoes pessoais, frente e verso. As anotacoescontidas na folha trazida pelo aluno deverao ter sido escritas a mao econter o seu nome. Nao serao aceitas copias ou impressoes.

8 8

Conceitos

M =

{min(MP ,ML) , se MP < 5 ou ML < 50, 35P1 + 0, 35P2 + 0, 3ML , caso contrario

onde

MP =P1 + P2

2.

Media M Conceito

9 6 M A7, 5 6 M < 9 B6, 0 6 M < 7, 5 C5 6 M < 6, 0 DM < 5 F

9 9

Recuperacao

Os alunos que obtiverem conceito final D ou F poderao requerer arealizacao de uma recuperacao, a ser realizada em data a ser definidaposteriormente.No caso de realizacao da prova de recuperacao, a notafinal sera calculada da seguinte maneira:

MF =M + MR

2(1)

em que MR e a nota da prova de recuperacao. Neste caso, a conversaopara conceitos sera a mesma adotada na tabela do slide anterior,utilizando a nota MF no lugar de M.

10 10

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. Instrumentacao Eletronica Moderna eTecnicas de Medicao. Prentice Hall do Brasil, (1994).

ALVES, J.L.L. Instrumentacao, controle e automacao de processo, Rio deJaneiro: LTC, (2005)

BALBINOT, A.; BRUSSAMARELLO, V. J.; Instrumentacao e Fundamentosde Medida, LTC, 1a edicao, 2006.

11 11

Site da disciplina

http://ebm.ufabc.edu.br/graduacao/disciplinas/ic/

12 12

Entrada e saıda de um sistema

Um sistema pode ser visto como um processo que transforma um sinal emoutro. Portanto, um sistema tem uma entrada e uma saıda, que serelaciona com a entrada pela dinamica do sistema.

Entrada(s) u(t): considerada como a causa.

Saıda(s) y(t): considerada o efeito provocado pela entrada.

13 13

Controle

Nem sempre o sistema tem o comportamento desejado

O objetivo de um sistema de controle e que o sinal de saıda tenha ocomportamento desejado.

Geralmente, um sistema de controle requer uma realimentacao.

14 14

Exemplo basico de controle

Chuveiro

ChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

Chuveiro

ChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Exemplo basico de controle

ChuveiroChuveiroFluxode

água

ChuveiroTemperatura

Fluxode

água

ChuveiroRegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

RegistroTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

Chuveiro

Mediçãotátil

Temperaturadesejada

+-

RegistroPessoaTemperatura

Fluxode

água

++

Outrofluxode

água

15 15

Estrutura de um sistema de controle em malha fechada

Referência ou

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externoSet Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Realimentação

16 16

Estrutura de um sistema de controle em malha fechada

Referência ou

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externoSet Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Realimentação

16 16

Estrutura de um sistema de controle em malha fechada

Referência ou

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externoSet Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Realimentação

16 16

Estrutura de um sistema de controle em malha fechada

Referência ou

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externoSet Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Realimentação

16 16

Estrutura de um sistema de controle em malha fechada

Referência ou

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externoSet Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Saída

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador

Erro

Sinal de controle

++

Distúrbio externo

+

+

Ruído sensorial

Referência ou Set Point

Sistemaou

Planta

Realimentação

16 16

Estrutura da disciplina

Sistemaou

Planta

Sensor

+-

AtuadorControlador ++

+

+

Sistemaou

Planta

Realimentação

Sistema: Aulas 2 a 7 e Labs 3 e 4

Sensor (instrumentacao): Aulas 8 a 10 e Labs 1 e 2

Controlador: Aulas 11 a 14 e Labs 5 e 6

17 17

Controle de nıvel de uma caixa d’agua

18 18

Controle de nıvel de uma caixa d’agua

18 18

Regulador de Watt

Motor decombustão

Sistemade

transmissão

Velocidade angular

desejada+

-

Válvulade

combustível

Reguladorde Watt

Velocidadeangular

Mudança na carga

19 19

Regulador de Watt

Motor decombustão

Sistemade

transmissão

Velocidade angular

desejada+

-

Válvulade

combustível

Reguladorde Watt

Velocidadeangular

Mudança na carga

19 19

Controle de velocidade de esteira

Esteira

Tacômetro

Velocidadedesejada

+-

MotorComputador

Velocidadeda esteira+

+

Pesodo corredor

20 20

Controle de velocidade de esteira

Esteira

Tacômetro

Velocidadedesejada

+-

MotorComputador

Velocidadeda esteira+

+

Pesodo corredor

20 20

Controle de inflacao

Sistema nanceiro

IPCA

Metade in ação

+-

COPOMdo BC

In ação

Escassez de produto, instabilidadepolítica, etc

taxa dejuros

21 21

Controle da postura ereta

Sistema esquelético

Sistemasvestibular, visual,

proprioceptivo

Posição docentro de

massa ideal+

-

Músculosdo corpo

SistemaNervosoCentral

Posiçãodo centro de massa+

+

Empurrão

22 22

Controle da postura ereta

Sistema esquelético

Sistemasvestibular, visual,

proprioceptivo

Posição docentro de

massa ideal+

-

Músculosdo corpo

SistemaNervosoCentral

Posiçãodo centro de massa+

+

Empurrão

22 22

Malha aberta

Nem todo sistema de controle tem uma realimentacao.

A saıda nao influencia o sinal de controle.

23 23

Malha aberta

Nem todo sistema de controle tem uma realimentacao.

A saıda nao influencia o sinal de controle.

23 23

Outros exemplos

https://www.youtube.com/watch?v=M8YjvHYbZ9w

https://www.youtube.com/watch?v=ru4JIZ-x8yo

https://www.youtube.com/watch?v=ScjyYj7UdsM

24 24

Vantagens e desvantagens da realimentacao

VantagensI Capaz de lidar com disturbios e ruıdos.I Robusto a incerteza do modelo.

DesvantagensI Em geral e mais caro.I Pode levar a instabilidade.

25 25

Exercıcios

1 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha fechada. Paracada um destes sistemas, identifique o sensor, o mecanismo deatuacao e a grandeza que esta sendo controlada. Faca o diagrama deblocos de cada um destes sistemas.

2 Encontre no seu dia a dia cinco sistemas em malha aberta. Para cadaum destes sistemas, identifique o mecanismo de atuacao e a grandezaque esta sendo controlada. Faca o diagrama de blocos de cada umdestes sistemas.

26 26