Introdução a Sistemas de Controle - Engenharia Mecânica

Sistemas de Controle I Engenharia Mecânica Ênfase em Mecatrônica Josemar dos Santos Prof Eng Me INTRODUÇÃO A SISTEMAS DE CONTROLE Josemar dos Santos Prof Eng Me Bem Vindo Mapa da Apresentação Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade de Uberaba 1998 e mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo 2001 Atualmente é professor do Centro Universitário Fundação Santo André Tem experiência na área de Engenharia Elétrica e Engenharia Mecatrônica com ênfase em Automação Eletrônica de Processos Elétricos e Industriais Projeto de Sistemas Mecatrônicos Prototipagem Rápida de Dispositivos Impressão 3D e Entusiasta da Cultura Maker Ementa e Bibliografia Básica Conceitos Preliminares Modelagem Matemática Scilab Dúvidas e Questionamentos Referências Bibliográficas 2 Ementa e Bibliografia Básica Objetivo Introduzir ferramental matemático conceitos fundamentais e algumas técnicas de Modelagem de Sistemas Dinâmicos e de Engenharia de Controle Moderno Utilização do Scilab como ferramenta computacional de engenharia para aplicação dos conceitos e técnicas de controle e modelagem Ementa Introdução à engenharia de controle de sistemas Preliminares matemáticas Revisão de Números Complexos e Transformadas de Laplace Conceitos e técnicas de modelagem de sistemas Funções de transferência e diagramas de blocos Josemar dos Santos Prof Eng Me 3 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Ementa e Bibliografia Básica Livro Texto Nise N Engenharia de Sistemas de Controle 3a edição LTC Editora 2002 Bibliografia Complementar Franklin G Powell JD Feedback Control of Dynamic Systems PrenticeHall2005 Ogata K Engenharia de Controle Moderno 4a edição PrenticeHall 2003 Dorf RC Sistemas de Controle Moderno LTC Editora 2001 Josemar dos Santos Prof Eng Me 4 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 5 Sistemas de Controle Eng Mecânica Controle é o ato de comandar dirigir ordenar manipular alguma coisa ou alguém Assim um sistema de controle é um conjunto de componentes que tem por função dirigir alguma coisa ou alguém Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 6 Sistemas de Controle Eng Mecânica Grandezas que cruzam a fronteira imaginária de um sistema podem ser chamadas de entradas ou saídas Entradas são grandezas que estimulam excitam um sistema Também chamadas de Referência ou do inglês Set Point SP Saídas são as reações respostas do sistema a um ou mais estímulos externos Também chamadas de Variável do Processo ou do inglês Process Variable PV Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 7 Sistemas de Controle Eng Mecânica Grandezas que cruzam a fronteira imaginária de um sistema podem ser chamadas de entradas ou saídas Variável manipulada é uma grandeza ou condição que é variada pelo controlador para que modifique o valor da variável controlada Do inglês Manipulated Variable MV Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 8 Sistemas de Controle Eng Mecânica Grandezas que cruzam a fronteira imaginária de um sistema podem ser chamadas de entradas ou saídas Perturbações ou distúrbios são sinais que tendem a afetar adversamente o valor da saída do sistema Se a perturbação for gerada dentro do sistema ela é denominada perturbação interna enquanto que uma perturbação distúrbio externa é gerada fora do sistema e constitui uma entrada Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 9 Sistemas de Controle Eng Mecânica Sistema de controle a malha aberta SCMA É aquele sistema em que a saída não tem nenhum efeito sobre a ação de controle Em outras palavras em um SCMA a saída não é medida nem realimentada para comparação com a entrada Introdução a Sistemas de Controle vapor Entrada de líquido Válvula Misturador Temperatura a ser controlada Saída de líquido Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 10 Sistemas de Controle Eng Mecânica Sistema de controle realimentado é um sistema que mantém uma determinada relação entre a saída e alguma entrada de referência comparandoas e utilizando a diferença como um meio de controle Exemplo um sistema de controle da temperatura ambiente Os sistemas de controle realimentados não estão limitados a aplicações de Engenharia Um exemplo é o sistema de controle da temperatura do corpo humano que é um sistema altamente avançado Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 11 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Sistema de controle a malha fechada SCMF Nome dado ao sistema de controle realimentado Num SCMF a diferença entre a referência sinal de entrada e a medida da variável controlada sinal realimentado também chamada de sinal de erro atuante é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e trazer a saída do sistema a um valor desejado O termo controle a malha fechada sempre implica o uso de ação de controle realimentado a fim de reduzir o erro do sistema Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 12 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle vapor Entrada de líquido Válvula Misturador Sensor de Temperatura Saída de líquido Controlador Sinal de temperatura para o controlador Conceitos Preliminares Josemar dos Santos Prof Eng Me 13 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Componentes de um Sistemas de Controle Controlador Atuador Planta Sensor SP MV PV Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 14 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Consiste em aplicar as leis físicas fundamentais de ciência e engenharia para se obter uma representação matemática de um sistema Circuitos Elétricos Lei de Ohm e as Leis de Kirchoff Sistemas Mecânicos Leis de Newton Entrada Saída Descrição Matemática Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 15 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Equações Diferenciais a d y dt a d y dt a dy dt a y b d x dt b d x dt b dx dt b x n n n n n n m m m m m m 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 y saída do sistema x entrada do sistema Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 16 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 17 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC Indutor Nota n t V volts i t A ampères q t Q coulombs C F farads R W ohms G mhos L H henries Componente Tensãocorrente Correntetensão Tensãocarga Impedância Zs VsIs Admitância Ys IsVs Tabela 1 Relações Tensãocorrente Tensãocarga e Impedâncias de capacitores resistores e indutores Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 18 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC t v t d i C Ri t dt di t L 0 1 Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 19 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC Mudança de variável corrente para carga 1 2 2 v t C q t dt dq t R dt L d q t Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 20 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC Utilizando a relação tensãocarga da Tabela 1 2 2 v t t v dt t dv RC dt t d V LC t Cv t q C C C C Modelagem Matemática Josemar dos Santos Prof Eng Me 21 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Conceitos Básicos Exemplo Circuito RLC Aplicar a Transformada de Laplace Referências Bibliográficas Nise N Engenharia de Sistemas de Controle 3a edição LTC Editora 2002 Franklin G Powell JD Feedback Control of Dynamic Systems PrenticeHall2005 Ogata K Engenharia de Controle Moderno 4a edição PrenticeHall 2003 Dorf RC Sistemas de Controle Moderno LTC Editora 2001 Josemar dos Santos Prof Eng Me 22 Sistemas de Controle Eng Mecânica Introdução a Sistemas de Controle Josemar dos Santos Prof Eng Me Contato josemarsantosfsabr 23 Sistemas de Controle I Engenharia Mecânica Ênfase em Mecatrônica Josemar dos Santos Prof Eng Me INTRODUÇÃO A SISTEMAS DE CONTROLE