Capítulo 1 – Introdução
1.1 Introdução
Sistemas de controlo fazem parte do dia a dia, sendo aplicados em diversas áreas, como indústria, espaço e biologia. Eles são compostos por subsistemas que interagem para obter uma saída desejada a partir de uma entrada especificada. Um exemplo comum é o elevador, que responde a um comando para subir ou descer até um determinado andar.
Os sistemas de controlo oferecem quatro principais vantagens:
Amplificação de Potência
Controlo Remoto
Conveniência na Forma da Entrada
Compensação de Perturbações
1.2 História dos Sistemas de Controlo
Os sistemas de controlo têm uma longa história, desde mecanismos da Grécia Antiga até os modernos sistemas automáticos:
Controlo de nível de líquidos: Relógios de água gregos utilizavam válvulas de flutuação.
Regulação de pressão do vapor: Introduzida no século XVII.
Controlo de velocidade: Governadores centrífugos foram utilizados em moinhos de vento e máquinas a vapor no século XVIII.
Estabilidade e Controlo Automático: No século XIX, Maxwell e Lyapunov formularam teorias matemáticas para garantir estabilidade.
Sistemas modernos: Durante o século XX, os avanços na eletrónica permitiram o desenvolvimento de sistemas de controlo complexos em aeronáutica, indústria e automação.
1.3 Configuração dos Sistemas de Controlo
Os sistemas de controlo podem ser classificados em dois tipos:
Sistemas de Controlo em Malha Aberta: Não corrigem erros automaticamente. Exemplo: uma torradeira que opera por tempo predefinido.
Sistemas de Controlo em Malha Fechada (Feedback): Monitorizam a saída e ajustam automaticamente. Exemplo: um termostato que regula a temperatura.
Os sistemas de malha fechada têm vantagens como maior precisão e menor sensibilidade a perturbações, mas podem ser mais complexos e caros.
1.4 Objetivos de Análise e Projeto
Os principais objetivos são:
Resposta Transitória: Determina quão rapidamente um sistema responde a uma entrada.
Erro em Regime Permanente: Mede a precisão da resposta final do sistema.
Estabilidade: Garante que o sistema não apresente respostas divergentes.
1.5 Processo de Projeto
O projeto de um sistema de controlo segue seis etapas:
Determinação dos requisitos físicos e especificações.
Elaboração de um diagrama funcional.
Representação do sistema em esquema elétrico e mecânico.
Formulação do modelo matemático.
Redução do diagrama de blocos para simplificação.
Análise e ajustes no projeto para atender às especificações desejadas.
1.6 Projeto Assistido por Computador
Ferramentas como MATLAB e LabVIEW auxiliam na modelação, simulação e projeto de sistemas de controlo. Elas permitem ajustes rápidos e avaliações precisas.
1.7 O Engenheiro de Sistemas de Controlo
O engenheiro de controlo trabalha em diferentes disciplinas, incluindo engenharia mecânica, elétrica e computacional. O estudo de sistemas de controlo capacita os engenheiros a desenvolverem soluções que melhoram processos industriais, automação e robótica.
