Instrumentação e Controle - Aula 1 -...
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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
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.
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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
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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