Malah Aberta E Malha Fechada

1. Introdução

A engenharia de controle baseia-se no princípio da realimentação (ou retroação) e objetiva o controle de determinadas variáveis de um sistema. Embora esteja tradicionalmente ligada á engenharia elétrica, a engenharia de controle e interdisciplinar e encontra aplicações em engenharia química, mecânica, aeronáutica, biomédica, etc.

Um processo industrial simples permite ilustrar o problema básico da engenharia de controle. O exemplo considerado é o controle de velocidade de um motor de corrente contínua em uma linha de produção industrial. O objetivo é manter constante a velocidade do motor, o qual aciona uma carga. A carga pode variar, mas mesmo assim a velocidade deve ser mantida o mais próximo possível da velocidade de referência. Pode-se ainda considerar que além de possíveis variações da carga, o uso intensivo de tal sistema industrial provocará desgaste e, portanto variações dos parâmetros do sistema com o tempo.

2. Sistema de Controle – uma definição

Um sistema de controle é uma interconexão de componentes formando uma configuração que fornece um desempenho desejado. Um componente ou processo a ser controlado pode ser representado como um diagrama de blocos.

A relação entrada-saída representa a relação causa-efeito do processo, em geral descrita matematicamente através de equações diferenciais, equações de diferença, funções de transferência, etc.

2.1 Definição – Sistema de Controle em Malha Aberta (SCMA)

Utiliza um controlador conectado em série com o processo a ser controlado, e de modo que a entrada do processo deve ser tal que sua saída se comportará como desejado. A característica importante é que a ação de controle independe da saída.

Um sistema de controle deste tipo fornecerá a saída desejada se não ocorrerem perturbações externas que alterem o valor da saída ou alterações paramétricas internas do sistema. Se algumas destas ocorrer, a saída muda, mas a ação de controle continua com a resposta desejada do sistema.

2.2 Definição – Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF)

Utiliza uma medida adicional da saída (resposta) real a fim de compará-la com a resposta desejada do sistema. O SCMF também é chamado servomecanismo. O termo servomecanismo era originalmente empregado para denotar uma classe de sistemas de controle para os quais a referência era constante. Atualmente o termo servomecanismo é usado em sentido amplo, significando Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF). No entanto usa-se ainda a expressão problema de servomecanismo em conexão com o objetivo de seguir uma referência constante e problema de rastreamento, em conexão com o objetivo de seguir uma referência que varia com o tempo.

2.3 Definição – Sistema de Controle

É um sistema que tende a manter uma relação pré-estabelecida entre duas variáveis do sistema através da comparação de funções destas variáveis e utilizando a diferença como meio de controle.

3. Componentes de um sistema de Controle

Uma versão detalhada do diagrama funcional de um SCMF mostra os principais componentes do sistema de controle, definidos a seguir:

• Referência: valor desejado da variável a ser controlada.

• Comparador: dispositivo que constrói o sinal de erro entre o valor desejado e o obtido.

• Controlador: dispositivo que manipula o sinal de erro, gerando um sinal de controle que será aplicado no sistema, a fim de corrigir a variável a ser controlada.

• Atuador: dispositivo que recebe o sinal de controle e gera um sinal com potência suficiente para atuar sobre o sistema.

• Sistema: dispositivo ou fenômeno que se deseja operar com alguma finalidade (objetivo de controle). Um sistema é representado por uma variável de entrada (controle), uma saída (controlada) e uma relação (função de transferência) entre elas.

• Medidor: (transdutor) dispositivo responsável pela medição e conversão da variável a ser controlada para fins de comparação e obtenção do erro de saída.

Diagrama de um sistema de controle em malha fechada

4. Comparação de Sistema de Controle em Malha Aberta e em Malha Fechada

Para comparar o desempenho de um sistema em malha aberta com o de um sistema em malha fechada. Para isto, um modelo simplificado do sistema de controle será usado. O motor de corrente contínua será representado apenas por um ganho. Isto significa que toda a dinâmica do sistema é desprezada.

O conjunto motor mais carga é representado por um ganho K = 10 rpm/Volt. Isto significa que um aumento (diminuição) de 1 Volt na tensão do motor provoca um aumento (diminuição) de 10 rpm. A perturbação é um aumento de carga. Supõe-se que um aumento de carga de 1 N.m produz uma queda de velocidade de 2 rpm. Portanto a perturbação é modelada através de um ganho de -2 rpm/N.m.

O diagrama do sistema, usando os dados acima é como um sistema linear vale o princípio de superposição de efeitos e pode-se estudar separadamente o efeito da referência e da perturbação.

Considera-se inicialmente o sistema em malha aberta, que a saída tenha o mesmo valor da entrada em regime permanente, adiciona-se um controlador, que no caso é simplesmente um ganho que adapta o valor da referencia desejada, ao valor da tensão de armadura para produzir a velocidade desejada. O ganho do controlador é ¹/10.

Para d=0, tem-se que ω = 10 x ¹/10 ω ref, ou ω = ω ref . Para uma velocidade de referência de, por exemplo, 1000 rpm, tem-se exatamente o mesmo valor de saída. Considera-se agora o caso de um aumento de carga que d = 100 Nm. Um simples cálculo mostra que o valor final da velocidade é 800 rpm. Portanto o sistema é sensível a perturbação, ou mais precisamente, não rejeita a perturbação.

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