FC-FUNDAMENTOS-DE-CONTROLE-<CLAUDIABORTOTTO>-03

Claudia Bortotto
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HISTORIA

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    “HISTÓRIA DO SISTEMA DE CONTROLE”
    Os primeiros sistemas de controle (controladores de processo) foram desenvolvidos durante a revolução industrial, no século 19, porém os sistemas de controle existem muito antes disso. As funções de controle eram implementadas através de engenhosos dispositivos mecânicos, os quais automatizavam algumas tarefas críticas e repetitivas das linhas de montagem da época. Estes dispositivos tinham de ser desenvolvidos para cada tarefa e devido à natureza mecânica dos mesmos, estes tinham uma pequena vida útil. O que é SISTEMA DE CONTROLE? Um sistema de controle consiste de subsistemas e processos (ou plantas) reunidos com o propósito de controlar as saídas dos processos; Pose ser um dispositivo ou um grupo de dispositivos que gerenciam o comportamento de outros dispositivos (alguns dispositivos ou sistemas não são controláveis). Um sistema de controle é uma interconexão de componentes conectados ou relacionados, de maneira a comandar, controlar ou ajustar a si mesmo ou outro sistema. Entrada/ Estímulo (Resposta desejada) ------&gt; Sistema de Controle ------&gt; Saída (Resposta Real) O que motiva a evolução dos sistemas de controle? Melhoria da qualidade dos processos produtivos; Aumento da produtividade; Automação dos processos, reduzindo a necessidade de esforço humano; Redução de desperdícios;

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    O que motiva a evolução dos sistemas de controle? (Cont.) Evolução de demandas (crescimento populaciona); Aumento de eficiência dos processos produtivos; Evolução tecnológica; Complexidade crescente dos processo produtivos (máquinas mais sofisticadas); e Domínio de conhecimentos teóricos (avanço científico). Características do SISTEMA DE CONTROLE Amplificação de potência (Possibilidade de mover grandes objetos com precisão (antenas, elevadores etc.); Controle Remoto (Acesso a locais perigosos: braço robótico p/ manipular material em ambiente radioativo);  Facilidade de uso da forma de entrada (Controle de temperatura a entrada é a posição de um termostato a saída é calor);  Compensação de pertubações (Posicionamento de antena sujeita a rajadas de vento). Evolução teorica do sistema de controle 1807 – Série de Fourier; 1809 – Transformada de Laplace; 1895 – Teorema de Routh-Hurwitz; 1899 – Estabilidade de Lyapunov; 1922 – Controlador PID (Minorsky); 1930 – Diagrama de Bode (resposta em freqüência); 1932 – Critério de estabilidade de Nyquist;

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    Evolução teórica do sistema de controle (Cont.) 1942 – Método de Ziegler&amp;Nichols (Taylor Instruments); 1948 – Lugar das raízes (Evans); 1950 – Programação dinâmica (controle ótimo); 1952 ⇒ Controle numérico desenvolvido pelo MIT; 1960 – Filtro de Kalman (variáveis de estado); 1964 – Função descritiva (Pole J. Groszkowski); 1950-1970 – Controle discreto (Franklin, Kuo, Jury, Aström, Wittenmark, Shannon. Evolução da teoria de controle (Tipos) Antes de 1930 – equações diferenciais, critério de Routh-Hurwitz; 1930-1950 – Sistemas SISO, controle clássico, resposta em freqüência; Década de 50 – controle ótimo; Década de 60 – controle moderno (variáveis de estado); Década de 70 – controle multivariável; Década de 80 – controle robusto, adaptativo; Década de 90 – controle não-linear, controle preditivo.

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    Evolução do Controle na Tecnologia Minorsky, 1922, proposta da estrutura do controlador Foxboro, 1931, comercializa o Stabilog, controlador PI (Proporcional Integral) pneumático 1940 – Controladores PID (Proporcional Integral Derivativo) e instrumentos pneumáticos já eram amplamente comercializados - empresas se preocuparam com os ajustes (método de Ziegler-Nichols, 1942) Década de 50-60 – Eletrônica analógica Década de 70 – Eletrônica digital, microprocessadores Década de 80-90 – Sistemas digitais de controle distribuídos Evolução Geral Tecnológica dos Sistemas de Controle 300 a.C. – RELÓGIO DE ÁGUA (Ktesibios), baseado no nível de água e controlado por bóia; 250 a.C. – Lampião de óleo (Philon) contole do nível do óleo baseado em bóia; 120 a.c. - Heron de Alexandria, esfera movida a vapor; Século XVIII – Controle de velocidade em moinhos de vento; Por volta de 1650 – 1ª calculadora mecânica (Pascal); 1681 – Controle de pressão do vapor em caldeiras conhecido como Válvula Denis Papin (mecanismo similar a válvula de uma panela de pressão). Regulador de temperatura para chocar ovos; 1698 – Thomas Newcomem, 1ª máquina a vapor útil (drenagem); 1765 – James Watt, aperfeiçoamento da máquina a vapor; 1776 – James Watt, 1ª máquina a vapor instalada e operada em uma empresa; 1785 – Boulton, produção industrial de máquinas a vapor; Por volta de 1788, James Watts desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo de vapor em máquinas;

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    Evolução tecnológica dos Sistemas de Controle (Cont.) 1868 – JAMES MAXWELL cria o critério de estabilidade para um sistema de terceira ordem baseado nos coeficientes da equação diferencial; Final do séx. XIX – relé eletromecânico; Por volta de 1900 – tabulação e acumulador de informações - tabulador de censo (Hollerith); 1906 – invenção da válvula (Edison, Thompson, Flemming, Lee De Forest); 1913 – Henry Ford desenvolve uma máquina de montagem utilizada na produção de automóveis; 1927 – H. W. Bode analisa amplificadores realimentados; 1941 – 1º computador digital eletro-mecânico programável (Zuse, Alemanha); 1946 – ENIAC, 1º computador de grande porte totalmente eletrônico usando válvulas (17 mil) de 175 kW, 5.000 operações por segundo. 1948 – invenção do transistor (laboratórios da Bell Telephone); 1954 – George Devol desenvolve o primeiro projeto industrial robotizado; 1970 – Teoria de variáveis de estado e controle ótimo é desenvolvida; 1957 – 1º computador comercial totalmente a transistores (NCR); 1960 – COBOL – 1ª linguagem de programação comercial padronizada; 1961 – primeiro circuito integrado comercial; 1972 – primeiro processador (Intel 8088), 8 bits, 3500 transistores, 0.2 MHz; 1973 – 1º computador pessoal (Xerox PARC); 1980 – Projeto de sistemas de controle robusto é desenvolvido; 1981 – computador pessoal IBM de arquitetura aberta de grande sucesso comercial; 1990 – Automação da manufatura é difundida; 1994 – Controle automático é largamente utilizado em automóveis. Sistemas robustos são utilizados na manufatura; 1997– Sojourner (primeiro veículo autônomo da história – missão Mars Pathfinder); 2002 – Pentium IV, 64 bits em alguns modelos, 55 milhões de transistores, 3 GHz.

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    Aplicações Contemporâneas de Sistemas de Controle Direção e navegação de mísseis e naves espaciais; Direção e navegação de navios e aviões; Nível de líquidos em reservatórios industriais; Concentrações químicas em tonéis; Espessura de material fabricado; Utilização de computadores em processos industrias; Controle de temperatura em residências; Controle de posição de feixe de laser em um CD player; Controle de velocidade de esteiras; Etc.
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