Introdução ao Controle

Introdução ao Controle

1. 1. Sistemas de Controle

   • Conceitos
     • Planta/sistema
       • Combinação de componentes que processam um conjunto de sinais de entrada e atuam de forma conjunta para realizar um
         • obtendo um outro conjunto de sinais de saída.
     • Processo
       • Conjunto de atividades necessárias para alcançar uma meta
     • Sinal
       • Conjunto de dados de um sistema ou informação
       • Entrada
       • Saída
       • Referência
         • Setpoint
       • Erro
       • Controle
         • Informações advindas do controlador
         • Objetivo: excitação da entrada de um processo para efetuar uma ação de controle
     • Distúrbios / pertubações
       • Inerentes ao sistema
       • Externos
       • Sinais (ruído) que interferem no valor do sinal de saída
   • Equipamentos/elementos
     • Sensores ou transdutores
       • Realizam a medição do sinal de saída
     • Controladores, reguladores ou compensadores
       • Processam a informação medida por um sensor ou transdutor
     • Atuadores ou elementos finais de controle
       • Fornecem potência motora ao processo
       • Realizam:
         • Comandos quaisquer
         • Excitação da entrada de um sistema em retroalimentação
   • Configurações
     • Malha Aberta
       • Sem retroação
       • Simples
       • Baixo custo
       • Não compensa pertubações
     • Malha Fechada
       • Entrada de excitação é afetada pela resposta da grandeza de saída
       • Retroação / realimentação
         • Retorno da informação de saída do sistema, para que esta seja comparada com o setpoint.
       • Realiza a compensação de distúrbios
       • Vantajosa em relação à malha aberta
   • Manuais
     • Laço de controle fechado por ação humana
   • Automáticos
     • Laço de controle fechado por retroação
   • Variáveis / grandezas
     • Variável manipulada (MV)
       • Atua na entrada de excitação de um sistema
       • Informação processada por um controlador
       • Objetivo: alterar o sinal de saída do sistema
     • Variável de processo (PV)
       • "Tradução" da grandeza controlada
       • Objetivo: ser comparada e processada pelo controlador
     • Grandeza Controlada
       • Variável que pretende-se controlar

2. 2. Características Dinâmicas e Estratégias de Controle

   • Controle Liga-Desliga
     • Trabalha como um interruptor
     • Limites máx. e mín. em torno do setpoint
     • Simples
     • Baixo custo
     • Erro de offset
   • Estabilidade do sistema
     • Estável
       • Resposta limitada a uma entrada limitada
     • Instável
       • Faixa de entrada e/ou saída infinitas
   • Permitem a análise do sistema em questão
   • Sinais típicos de teste
     • Função degrau
     • Função impulso
     • Função rampa
     • Considerar as mesmas condições iniciais
   • Período de resposta
     • Transitória
     • Regime Permanente
       • Faixa de tolerância
       • Erro de regime permanente
   • Parâmetros de tempo
     • Td
       • Tempo de atraso
     • Tr
       • Tempo de subida
     • Tp
       • Tempo de pico
     • Ts
       • Tempo de acomodação
     • Máximo sobre-sinal (Mp)
   • Controlador PID
     • P
       • Ação proporcional
         • Ação reversa
         • Ação direta
         • Relação / razão
       • Kp
         • Ganho proporcional
       • Evolução do liga-desliga
       • Apresenta erro de offset
     • I
       • Ação de integração
         • Somatório sucessivo do erro
         • Objetivo: eliminar o erro de offset
       • Só ocorre associada à P
       • KI
         • Ganho integral
       • TI = 1/KI
         • Tempo integral
     • P, PI, PD e PID
     • D
       • Ação derivativa
         • Objetivo: diminuir a velocidade de variação do desvio
           • Diminui de acordo com o aumento do tempo derivativo
         • Correção antecipada do desvio
       • Kd
     • Combinação das ações P, I e D
       • Considera o presente, passado e futuro do erro em questão, respectivamente
       • Capaz de solucionar uma grande gama de problemas
         • Ainda assim, não é ideal para todas as aplicações

3. 3. Fundamentos de Amplificadores Operacionais

   • Amp op foI um dos primeiros CIs a serem produzidos em larga escala
   • Ganho em malha aberta (A) muito alto
     • Idealmente: ganho infinito
   • Entradas de tensão
     • Inversora (V-)
     • Não Inversora (V+)
   • Grande diversidade de aplicações
   • Alimentação
     • Simétrica
       • +Vcc e -Vcc
     • Assimétrica
       • +Vcc e GND (por exemplo)
     • Duas conexões para fonte de alimentação
       • Positiva
       • Negativa
   • Estágios
     • Entrada
       • Amplificador diferencial
         • Amplifica a diferença entre as duas tensões das portas de entrada
     • Intermediários
       • Ganho de tensão e corrente
     • Saída
       • Própria saída do sinal amplificado
       • Uma saída
       • Duas saídas
         • Saídas diferenciais
   • Operação básica
     • Amplificação da diferença das tensões de entrada
     • Não Inversora V- = 0V (aterrada)
       • V+ > 0V
         • Vo > 0V
       • V+ < 0V
         • Vo < 0V
     • Inversora V+ = 0V (aterrada)
       • V- > 0V
         • Vo < 0V
       • V- < 0V
         • Vo > 0V
   • Impedância de entrada (Zin) muito alta
     • Idealmente: Zin infinita
   • Impedância de saída (Zout) muito baixa
     • Idealmente: Zout nula
   • Roll-off do ganho
     • Idealmente: ganho infinito p/ qualquer valor de frequência

4. 4. Circuitos Comparadores com Amplificador Operacional

   • Compensação do sinal de saída desnecessária
   • Estágio de saída mais simples
   • Amp ops comuns podem atuar como comparadores, com algumas restrições
   • Comparador simples não-inversor com referência 0V
     • Alimentação simétrica (+Vcc e -Vcc)
       • Vo = +Vcc se V+ > V-
       • Vo = -Vcc se V+ < V-
     • Alimentação assimétrica (+Vcc e GND)
       • Vo = +Vcc se V+ > V-
       • Vo = GND se V+ < V-
     • Não-inversor pois a saída acompanha o sinal de entrada e a alimentação negativa está aterrada
   • A tensão de referência (Vref) = limite de transição
   • Comparador simples inverso com referência 0V
     • Alimentação simétrica (+Vcc e -Vcc)
       • Vo = +Vcc se V+ < V-
       • Vo = -Vcc se V+ > V-
     • Alimentação assimétrica (+Vcc e GND)
       • Vo = +Vcc se V+ < V-
       • Vo = GND se V+ > V-
   • Comparador com referência diferente de 0V
     • Não-inversor
       • Se V+ for maior que Vref tem-se Vo = +Vcc
       • Se V+ for menor que Vref tem-se Vo = -Vcc
     • Inversor
       • Se V- for maior que Vref tem-se Vo = -Vcc
       • Se V- for menor que Vref tem-se Vo = +Vcc

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