Resumo do Capítulo 1 – Introdução aos Sistemas de Controlo
1.1 Introdução
Este capítulo apresenta uma visão geral da teoria dos sistemas de controlo, abordando as teorias clássica, moderna e robusta. Explica a importância dos sistemas de controlo automático em diversas áreas da engenharia, como veículos espaciais, sistemas robóticos e processos industriais.
O livro destina-se a estudantes de engenharia e inclui materiais matemáticos complementares sobre transformadas de Laplace e análise vetorial-matricial nos apêndices.
Breve História do Desenvolvimento da Teoria de Controlo
- James Watt (século XVIII) desenvolveu o governador centrífugo para o controlo de velocidade de motores a vapor.
- Minorsky (1922) trabalhou em controladores automáticos para navios e estudou estabilidade.
- Nyquist (1932) desenvolveu um método para análise da estabilidade de sistemas em malha fechada.
- Hazen (1934) introduziu o termo servomecanismos e discutiu controladores de posição.
- Anos 1940–1950: desenvolvimento do diagrama de Bode e do método do lugar das raízes (Evans). A teoria clássica tornou-se predominante, baseada na resposta em frequência e no domínio da transformada de Laplace.
- Anos 1960–1980: a teoria moderna emergiu com o uso de variáveis de estado e análise no domínio do tempo, permitindo o controlo de sistemas mais complexos e multivariáveis.
- Anos 1980–1990: foco na teoria de controlo robusto, que considera incertezas nos modelos e utiliza métodos avançados para garantir estabilidade e desempenho.
1.2 Exemplos de Sistemas de Controlo
São apresentados vários exemplos práticos de sistemas de controlo:
- Sistema de controlo de velocidade: exemplificado pelo governador de Watt para motores, que ajusta automaticamente a quantidade de combustível para manter a velocidade desejada.
- Sistema de controlo de temperatura: um forno elétrico cuja temperatura é monitorizada e ajustada automaticamente.
- Sistemas empresariais: o controlo pode ser aplicado a processos organizacionais para otimizar desempenho e minimizar erros.
- Sistemas de controlo robusto: abordagem que considera incertezas no modelo do sistema, garantindo que o desempenho seja mantido apesar das variações.
1.3 Controlo em Malha Fechada vs. Malha Aberta
- Sistemas de controlo em malha fechada (feedback): utilizam realimentação para comparar o valor de saída com o valor desejado, ajustando a entrada para minimizar erros. Exemplo: um termostato regula a temperatura de uma sala.
- Sistemas de controlo em malha aberta: não possuem realimentação, operam com base em configurações predefinidas e não corrigem automaticamente desvios. Exemplo: uma máquina de lavar roupa que executa ciclos com tempos fixos sem medir a limpeza das roupas.
Comparação:
-> Vantagens da malha fechada: insensibilidade a perturbações, maior precisão e correção automática de erros.
-> Desvantagens: maior complexidade, custo e possível instabilidade se o feedback não for bem projetado.
1.4 Projeto e Compensação de Sistemas de Controlo
O capítulo introduz conceitos de projeto e compensação de sistemas de controlo:
- Compensação refere-se a ajustes no sistema para garantir que atenda às especificações desejadas. Pode ser feita por controladores PID, técnicas de resposta em frequência, lugar das raízes e espaço de estados.
- O primeiro passo no projeto é definir as especificações de desempenho, como tempo de resposta, estabilidade e erro em regime permanente.
1.5 Estrutura do Livro
Os capítulos seguintes tratam de modelação matemática de sistemas, resposta transitória e em regime permanente, análise de estabilidade, técnicas de compensação e métodos modernos de controlo, incluindo a teoria de controlo ótimo e robusto.
