Introdução aos Sistemas de Controle – Os Projetos de Engenharia

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Introdução aos sistemas de controle, sistemas de controle, conceitos básicos de sistemas de controle, definição de sistemas de controle, exemplos de sistemas de controle, exemplos de sistemas de controle Olá amigos, espero que todos estejam indo muito bem. Hoje, vou iniciar esta nova série de tutoriais sobre sistemas de controle. Começarei do básico e avançarei lentamente em direção a conceitos complexos. Não apenas abordarei os sistemas de controle teórico, mas também focarei em sua implementação prática. Embora nesta série de tutoriais, usarei o software MATLAB (quando necessário) para resolver e traçar diferentes recursos dos sistemas de controle.

Como é o nosso primeiro tutorial, hoje, veremos detalhadamente os sistemas de Introdução ao controle. Antes de começar com os detalhes técnicos, gostaria de simplificar as coisas, fornecendo primeiro o conceito básico de um sistema de controle. Então vamos começar:

Introdução aos sistemas de controle

  • Um sistema cuja saída pode ser gerenciada, controlada ou regulada variando sua entrada é chamado Ao controle Sistema.
  • Se olharmos em volta, encontraremos muitos sistemas de controle ao nosso redor, como geladeira, condições do ar, máquinas de lavar etc.
  • Um sistema de controle também pode ser uma combinação de sistemas de controle menores e normalmente é usado para obter a saída desejada / necessária.
  • O diagrama de blocos é mostrado na figura abaixo:

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  • A figura acima representa um sistema de controle simples e podemos pensar nesse sistema de controle como uma equação matemática, isto é,

X + 5 = Y

onde X é entrada, Y é emitido e a constante 5 está atuando como um sistema de controle.

  • Portanto, alterando o valor do parâmetro de entrada (X), podemos alterar nosso valor de saída (Y).
  • Da mesma forma, se queremos um valor de saída específico, podemos alcançá-lo fixando o valor de entrada.

Exemplo da vida real de um sistema de controle

Como mencionei anteriormente, estamos literalmente cercados por sistemas de controle hoje em dia. Para simplificar, vamos dar uma olhada no exemplo de um ventilador inteligente, que regula sua velocidade de rotação em relação à temperatura atmosférica.

  • Um sensor de temperatura pré-instalado lê a temperatura, que é então alimentada no Comparator.
  • O comparador compara a temperatura atual com o valor de temperatura inserido pelo usuário e depois regula a velocidade do ventilador.

Portanto, o parâmetro de entrada, ou seja, a temperatura, nos ajudou a alterar a saída do sistema, ou seja, a velocidade de rotação. Abaixo está o diagrama de blocos para representar o sistema de controle de um ventilador inteligente:

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Agora espero que você possa facilmente encontrar diferentes sistemas de controle ao seu redor. Agora, vamos dar uma olhada nos dois principais tipos de sistemas de controle:

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Tipos de sistemas de controle

Os sistemas de controle são classificados em duas categorias principais, que são:

Vamos discuti-los um por um, em detalhes:

Sistema de controle de malha aberta

  • Em Sistemas de controle de malha aberta, temos três componentes principais, como entrada, controlador e saída.
  • O sinal de entrada é alimentado diretamente no controlador, que o utiliza e gera a saída necessária.
  • Nos sistemas de malha aberta, a saída gerada não afeta o sinal de entrada, ou seja, não é fornecido feedback.

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Exemplo

Aqui discutiremos dois exemplos de sistemas de controle de malha aberta, para entender melhor o processo.

Roupas secas é um exemplo muito simples de um sistema de loop aberto. Quando roupas úmidas são colocadas na máquina de secar, o operador / usuário define o tempo para secar as roupas. Este tempo atua como o sinal de entrada do secador. Do mesmo modo, no final desse período, a máquina para e as roupas podem ser retiradas. Agora, o que deve ser observado aqui é que, não importa se a roupa está seca o suficiente ou não, a máquina para por causa do tempo (sinal de entrada) fornecido. Portanto, a saída do sistema não afeta a entrada neste caso. Para uma melhor compreensão, o diagrama de blocos de um sistema de controle de secador de roupas é mostrado abaixo:

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Semáforo O sistema é outro exemplo fácil de entender de um sistema de malha aberta. Certos sinais de entrada são alimentados no controlador, que exibe uma das três luzes na saída, curva a curva. Os sinais de entrada direta podem ser alterados para alterar a luz de saída, mas a saída não afeta a entrada. Como não estamos passando nenhum feedback, ou seja, qual luz LIGADA ou DESLIGADA.

Sistema de Controle de Malha Fechada

  • Sistema de Controle de Malha Fechada (Sistema de controle de feedback) é um sistema automatizado avançado, que gera a saída desejada usando entradas, controladores e elementos de feedback.
  • Esses sistemas usam o elemento de feedback para alimentar a saída de volta ao controlador. Ao fazer isso, podemos comparar a saída atual com a entrada para obter erros.
  • Aqui está o diagrama de blocos de um sistema de controle de loop fechado:

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O diagrama de blocos acima é uma excelente representação de um sistema de controle de malha fechada. Como visto, a saída do sistema está sendo devolvida ao controlador através de um detector de erros. A função do detector de erros é encontrar a diferença no sinal de entrada e saída e alimentar essa diferença no controlador para que a saída possa ser ajustada. Dessa maneira, a saída do sistema é ajustada automaticamente o tempo todo com a ajuda do sinal de feedback e o operador não precisa se preocupar com isso.

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Exemplo

Ar condicionado é um exemplo muito típico de um sistema de controle de circuito fechado. O sinal de entrada na forma da temperatura ambiente necessária é alimentado no controlador do ar condicionado. O compressor, juntamente com seus vários componentes elétricos e mecânicos, ajuda a atingir a temperatura necessária. Agora, sempre que a temperatura ambiente muda, o sensor de temperatura na saída detecta a mudança na temperatura ambiente e o sinal do sensor é calculado pelo detector de erros e retornado ao controlador através do loop de feedback para manter a temperatura ambiente necessária. Dessa maneira, a saída necessária é sempre mantida automaticamente, sem qualquer interferência manual. A ilustração do diagrama de blocos deste processo é mostrada abaixo:

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Prós e contras do loop aberto e fechado

  • Já devia ter sido esclarecido que, onde quer que preciso e preciso sistema é necessário, um sistema de controle de malha fechada de feedback é a resposta, pois eles fornecem a realimentação e, assim, reduzem automaticamente o erro, enquanto os sistemas de controle de malha aberta não são confiáveis ​​o suficiente para fornecer uma saída precisa.
  • No entanto, outra coisa a ser lembrada aqui é a custo do sistema. Mais precisão e complexidade significam um custo maior. Portanto, os sistemas de controle de circuito fechado são claramente mais caros que os sistemas de controle de circuito aberto. Os sistemas de controle de malha aberta são mais baratos e econômicos.
  • Por último, mas não menos importante, os sistemas de controle de malha aberta também são mais simples de projetar em comparação com os sistemas de controle em circuito fechado.

Então, colegas, isso era tudo sobre sistemas de controle de circuito aberto e fechado. Espero que as coisas estejam muito mais claras agora e que possamos passar para outro conjunto de classificação dos sistemas de controle.

Sistemas de controle SISO e MIMO

Os sistemas de controle também são classificados nessas duas categorias, denominadas:

  • Sistemas de entrada única de saída única. (SISO)
  • Sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas. (MISSÔ)

SISO, como o nome sugere, é um sistema de controle simples que possui um único sinal de entrada e fornece um único sinal de saída. Eles são fáceis de projetar / implementar e são usados ​​para as aplicações mais básicas devido à sua simplicidade de entrada / saída.

MIMO, como o nome indica, são tipos complexos de sistemas de controle com vários sinais de entrada acionando o controlador do sistema e, em troca, gerando várias saídas do sistema. Estes são sistemas maiores e complexos usados ​​principalmente em aplicações industriais, que exigem uma série de saídas.

Exemplos de sistemas de controle SISO e MIMO:

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Um controle de velocidade do ventilador é um exemplo muito comum de um sistema de entrada única e saída única. Uma única entrada em termos de tensão é fornecida ao sistema, o que, por sua vez, resulta no funcionamento do ventilador.

Por outro lado, um sistema de rádio é um exemplo típico de um sistema de entradas múltiplas e saídas múltiplas. Uma combinação de sinais de entrada é aplicada e transmitida por várias linhas para produzir os sinais de comunicação necessários na saída.

Então, isso era tudo sobre os sistemas de controle SISO e MIMO. O conceito é basicamente básico, mas a mesma afirmação não pode ser verdadeira para suas aplicações. Eles são muito versáteis e, ao mesmo tempo, muito utilizados ao nosso redor em nossas vidas diárias. Então, por concluir isso por enquanto, acho que é hora de passar para outra classificação interessante dos sistemas de controle.

Sistema de controle de tempo contínuo e discreto

Antes de discutir o sistema de controle de tempo contínuo e discreto, é importante entender o conceito de um sinal de tempo contínuo e um sinal de tempo discreto:

  • UMA sinal de tempo contínuo refere-se a um sinal que é contínuo no domínio do tempo.
  • Por outro lado, quando um sinal é discreto no domínio do tempo, ou seja, pode ser obtido em intervalos de tempo discretos, é chamado de sinal de tempo discreto.

A figura abaixo representa sinais de tempo contínuos e discretos e ajudará você a entender o conceito muito melhor.

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Então agora vamos para o sistema de controle de tempo contínuo e um sistema de controle de tempo discreto:

  • Como sabemos a diferença, a única coisa necessária para entender é que, em um sistema de controle de tempo contínuo, todos os sinais (incluindo os sinais de entrada e saída) são contínuos no tempo.
  • Considerando que em um sistema de controle de tempo discreto, todos os sinais do sistema de controle (incluindo os sinais de entrada e saída) são sinais de tempo discretos.

Então, pessoal, isso era tudo sobre o básico dos sistemas de controle hoje. Este tópico é muito elaborado, incluindo os diferentes tipos de controladores, seu design e tudo mais, mas tentei mantê-lo simples e introdutório conforme o nome do tópico. Para um estudo aprofundado dos sistemas de controle e seu design de controlador, fique atento a este tutorial sobre sistemas de controle por email. Na próxima palestra, veremos a Introdução detalhada às funções de transferência. Por enquanto, espero que isso seja útil para o seu conceito e entendimento básicos. Até o próximo tutorial, cuide-se e divirta-se !!! 🙂

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