Controle de Sistemas Mecnicos

Metodologia do curso Sistemas de controle Malha aberta Malha fechada Realimentao Exerccios

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Metodologia do cursoObjetivos Contedo Avaliao Bibliografia Cronograma Uso do Ensino Aberto

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ObjetivosTransmitir o conhecimento bsico da rea de controle de sistemas lineares no tempo contnuo Envolve o controle clssico baseado no uso de funes de transferncia e uma introduo ao controle moderno com base na realimentao de estados Sero estudadas vrias aplicaes ao longo do curso, voltadas principalmente para sistemas mecnicos e eletromecnicos Como ferramenta computacional de simulao e anlise, o programa MATLAB/Simulink sero usados diariamente.Controle de Sistemas Mecnicos

ContedoO contedo envolve a anlise de sistemas e o projeto de controladores fazendo uso da modelagem dinmica do comportamento de sistemas lineares de parmetros concentrados com coeficientes invariantes no tempo Sero estudados modelos de estado e de entrada/sada, bem como tcnicas de avaliao do desempenho de sistemas no domnio do tempo e da freqncia Sero analisados os principais tipos de controladores utilizados tradicionalmente, bem como introduzidos os controladores mais modernos Sero apresentados mtodos de projeto de sistemas de controle, baseados em funo de transferncia e em modelagem de estado.Controle de Sistemas Mecnicos

AvaliaoSero ministradas 60 horas de aulas, em 15 semanas A avaliao ser realizada atravs de duas provas Sero fornecidas listas de exerccios periodicamente, cuja soluo altamente recomendada.

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Bibliografia1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Engenharia de Controle Moderno, K. Ogata, Prentice Hall, 1982 Sistemas de Controle e Realimentao, Charles L. Phillips e Royce D. Harbor, Makron Books, 1996. Linear Systems, Naresh K. Sinha, John Wiley, 1991 Automatic Control Systems, B. C. Kuo, Prentice Hall, 1991 Linear Control Systems, Modeling, Analysis and Design, J. R. Rowland, John Wiley, 1986. Feedback Control of Dynamics Systems, G. F. Franklin. J. D. Powell e A. Naeini, Addison-Wesley, 1991 Sistemas de Controle Modernos, R. C. Dorf e R. H. Bishop, LTC Editora, 1998 Notas de aula: Controle de Sistemas Mecnicos e EletroMecnicos, E. G. O. Nbrega

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SistemaUm sistema um conjunto de objetos agrupados de forma organizada de modo a realizar um determinado propsito Um sistema pode em geral ser dividido em sub-sistemas, cada um por sua vez um sistema Planta ou processo um sistema que se deseja controlar Controlador o sub-sistema que realiza a funo de controlar a planta

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Representao de SistemasUm sistema caracterizado pelos seus sinais de entrada e de sada. Transforma os sinais de entrada nos sinais de sada.S in a is d e e n tr a d a S in a is d e s a d a P ro c e s s Plantao

O sistema mais simples possui uma nica entrada e uma nica sada.Entrada P u(t) y(t) Sada

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Sistemas de ControleSistema de Controle a interconexo de componentes formando um sistema que produzir a resposta desejada Controlar atuar sobre uma dada planta de modo a atingir resultados de acordo com objetivos previamente estabelecidos H um atuador transformando os objetivos em esforo de atuao H um sensor medindo o resultado na sada da planta Os resultados obtidos devem se aproximar dos objetivos desejados

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Classificao Sistema de ControleExistem dois tipos de sistema de controle : Sistema de Controle em malha aberta (MA) consiste em ajustar manualmente a ao do atuador de modo a se conseguir o resultado desejado, em geral monitorado visualmente Sistema de Controle em malha fechada (MF) consiste em realizar uma medio do resultado e corrigir de forma automtica a atuao de modo a diminuir o erro entre o desejado e o obtido

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Controle em malha abertaConsiste em ajustar manualmente a ao do atuador de modo a se conseguir o resultado desejado, em geral monitorado visualmente Esquema geral controle malha abertaobjetivosControlador

atuaoPlanta

resultados

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Representao dos sinais do sistemaEsquema geral controle malha aberta com respectivos sinaisobjetivos r(t)Controlador

atuao u(t)Planta

resultados y(t)sada

referncia

atuao

Sinal de entrada

Sinal de esforo de controle

Sinal de sada

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Exemplo:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: MA

objetivos r(t)Temperatura desejadaControlador Pessoa

atuao u(t)posio da torneiraPlanta Chuveiro

resultados y(t)Temperatura obtida

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Controle em malha fechadaConsiste em realizar uma medio do resultado e corrigir de forma automtica a atuao de modo a diminuir o erro entre o desejado e o obtido Esquema geral controle malha fechadaobjetivos1 In1 1

erro1

atuaoControlador1

resultadosProcesso1 1 1

Comparao 11

1

Medio1

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Representao dos sinais do sistemaMalha fechada com respectivos sinaisSinal do erroe(t)1 Comparao 1 1 1

r(t)1 In1

u(t)Controlador1

y(t)Processo1 1 1

1

Medio1

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Exemplo:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: MFe(t)1

r(t)1 In1

u(t)Controlador Pessoa 11

y(t)Processo Chuveiro 11 1

Comparao 11

1

Pele1

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: disparo de uma flecha

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: chuveiro eltrico

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: torradeira de cozinha

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Exerccio:Classifique os sistemas de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: nvel de tanque

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: controle de rotao

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo : ar condicionado

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Exerccio:Classifique o sistema de controle abaixo e faa o esquema geral de controle identificando os componentes: Controle de direo do automvel

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Dois tipos de controladores em MFRegulador: mantm uma sada constante Governador centrfugo Incubadora

r(t)=01 In1 1 Comparao 1 1

e(t)1

u(t)Controlador1

y(t)Processo1 1 1

1

Medio1

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Dois tipos de controladores em MFRastreador: segue uma variao nos objetivos do sistema Aterrisagem Automvel Mssilr(t)1 In1 1 Comparao 1 1

e(t)1

u(t)Controlador1

y(t)Processo1 1 1

1

Medio1

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Realimentao negativaO controle atua na planta de modo a anular a diferena entre a referncia e o resultado ao longo do tempo Sistemas de controle Controle de temperatura Controle de nvel

Sistemas naturais relao predador/presas temperatura do corpo/evaporao do suor

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Realimentao positivaA realimentao positiva tem que ser evitada porque implica no aumento contnuo da energia do sistema, levando a situaes limites. Ex: balano Os controladores portanto devem sempre implementar a realimentao negativa para evitar a instabilidade O conceito de instabilidade fundamental e ser apresentado formalmente no momento oportunoControle de Sistemas Mecnicos

Exerccio:Defina: Realimentao negativa Sinal de referncia Sinal de atuao Esforo de controle Sinal de sada Sinal de erro Controlador rastreador Controlador regulador Planta Controle de malha fechada

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