MALHA ABERTA E MALHA FECHADA

MALHAS DE CONTROLE

1. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Aula 2
Carlos Amaral
Fonte: CristianoQuevedoAndrea
UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
DAELT - Departamento Acadêmico de Eletrotécnica
Curitiba, Agostode 2011.
UTFPR, DAELT Sistema de Controle

2. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Resumo
1
2
Terminologias
ControleemMalhaFechada
3
ControleemMalhaAberta
4
Malha Fechada Versus Malha Aberta
5
Exemplos de Sistemas de Controle
6
Projeto de Sistema de Controle
7
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Exercício
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3. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Termos
Planta: éuma parte de um equipamento, eventualmente um
conjunto de itens de uma máquina, que funcionam
conjuntamente objetivando a realização de uma dada função.
Processos: Operação Natural de Progresso Contínuo. Neste
curso, consideraremos processo todo a operação a ser
controlada.
Variável Controlada: grandeza ou condição que émedida e
controlada.
Sistema: combinação de componentes que agem em conjunto
para atingir um determinado objetivo. Ex: Sistemas Físicos,
Sistemas Econômicos, Sistemas Biológicos, etc.
Distúrbio: sinal que tende a afetar de maneira adversa o valor da
variável de saída do sistema. Ex: Vento.
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4. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
MalhaFechada
O sinal de saída possui efeito direto no sinal de controle.
São denominados sistemas de controle realimentados ou
com retroação.
Ref. +
Erro
-
u(t) Saída
Controlador Planta
O sistema em malha fechado éutilizado para enviar o sinal
de erro para o controlador e deste modo eliminá-lo.
Malha Fechada ⇔Realimentação (feedback).
u(t) éa lei de controle aplicada na planta.
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5. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
MalhaFechada
Exemplo
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6. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
MalhaAberta
São sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito
na ação de controle.
Tambémconhecidocomofeedforward.
Entrada
Saída
K
Planta
sendoKo controlador utilizado no controle em malha
aberta.
Neste tipo de sistema, a saída nem émedida nem
realimentada.
Exemplo:
Máquina de lavar roupa
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7. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Por meio da utilização de um sistema de controle de malha
fechada, pode-se projetar um sistema de controle a distúrbio e
variações de parâmetros da planta.
O sistema de controle de malha aberta é mais fácil de ser
construído, visto que grande parte das plantas éestável em
malha aberta.
Em sistemas onde é conhecida a relação entre a entrada e a
saída, e ainda, verifica-se a ausência de distúrbio, é
aconselhável a utilização de um sistema de controle de malha
aberta.
Geralmente, projeto de sistemas em malha fechada são mais
caros que malha aberta.
Uma combinação entre sistemas de controle de malha aberta e
malha fechada apresenta melhores resultados do que utilizados
separadamente.
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8. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Sistema de Controle de Tráfego
O sistema de controle de tráfego por meio de semáforos operados em
base de tempos constitui um sistema de controle de malha aberta.
Se fosse informado o número de carros parado em cada ramo das ruas
a uma central informatizada, e esta central decide quando ativar o sinal
verde e vermelho, então o sistema seria malha fechada.
Sistema de controle muito complexo. Necessita-se de teorias
avançadas de controle, tais como fuzzy, para minimizar o tempo de
espera dos veículos.
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9. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
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SistemasBiológicos
Considere a competição entre duas espécies de bactérias, cuja população
sãox
1
ex
2
. A variação das populações pode ser descrita como:
x
1
(t)=a
11
x
1
(t) −a
12
x
1
(t)x
2
(t)
x
2
(t)=a
21
x
2
(t) −a
22
x
1
(t)x
2
(t)
os parâmetros são constantes positivas, sendox
1
ex
2
não negativas.
Se for usado um agente químico, a população é descrita da seguinte
maneira:
x
1
(t)=a
11
x
1
(t) −a
12
x
1
(t)x
2
(t) −b
1
u(t)
x
2
(t)=a
21
x
2
(t) −a
22
x
1
(t)x
2
(t) −b
2
u(t)
Neste caso, o problema é minimizar a população 1 em um determinado
intervalo de tempo, enquanto se mantém a população 2. Este é um exemplo
de um sistema biológico no qual pode ser aplicado um sistema de controle.
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10. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
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Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Sistema de Controle de Pressão
Considere a figura abaixo:
A pressão na caldeira é controlada pela posição do regulador.
Esta pressão é medida por um elemento medidor de pressão.
O sinal medido é enviado ao controlador para comparação com o valor
desejado.
Se existir algum erro, a saída do controlador é enviado ao atuador, que
posiciona o regulador de modo a reduzir o erro.
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11. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
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Sistema de Controle de Velocidade
Considerea figuraa seguir:
A quantidade de vapor admitida no cilindro da máquina é
ajustada de acordo com a diferença entre a velocidade
real e a desejada.
A referência éajustada no valo da velocidade desejada.
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12. Terminologias
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Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
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O projeto de engenharia de sistemas de controle éa principal
tarefa do engenheiro, neste contexto ele deve ser criativo e
atender as necessidades de desempenho desejadas.
Um projeto de controle deve ser estável, esta éa exigência
fundamental.
Um projeto de sistema de controle também deve ter uma
estabilidade relativa razoável.
Por fim, espera-se do projeto de sistema de controle, reduzir ou
eliminar o sinal de erro de regime estacionário.
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Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
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Projeto de Sistema de Controle
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Projeto de Sistema de Controle
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14. Terminologias
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Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
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Um Projeto -Controle de uma Mesa Rotativa
Inúmeras aplicações utilizam mesas rotativas para gira um
disco com velocidade constante, ex: leitor de CD.
Projeto Objetiva-se projetar um sistema de controle que mantenha a
velocidade de giro do leitor de CD co nstante. Para obter a rotação do
disco seráutilizado um motor CC como atuador.
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15. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
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Um Projeto -Controle de uma Mesa Rotativa
O sensor utilizado neste caso é o tacômetro, o qual fornece tensão na
saída proporcional à velocidade de seu eixo.
Espera-se que o sistema em malha fechada apresente melhores
resultados em relação a malha aberto, visto que em malha fechada irá
operar para diminuir o sinal de erro.
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16. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
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Sistema de Controle para Aplicação de Insulina
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17. Terminologias
Controle em Malha Fechada
Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha Aberta
Exemplos de Sistemas de Controle
Projeto de Sistema de Controle
Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Sistema de Controle para Aplicação de Insulina
O objetivo éprojetar um sistema de controle para manter
regulada a concentração de açúcar no sangue de um
diabético.
O sistema abaixo éproposto para solucionar este
problema de controle:
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Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha AbertaExercício
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ControleemMalhaAberta
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Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha AbertaExercício
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Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Considere o seguinte sistema ilustrado,
O objetivo do sistema de controle émanter a temperatura
estável em 22
◦
C.
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Controle em Malha Aberta
Malha Fechada Versus Malha AbertaExercício
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Exercícios para Resolução em Sala de Aula
Utilizando um bimetal (ilustrado abaixo), que écomposto de
dois metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes,
pode-se realizar este sistema de controle.
Descreva um sistema de controle em blocos para este
exercício. Aborde o sistema em malha aberta e em malha
fechada, apontando vantagens e desvantagens.
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