Este curso apresenta os principais conceitos do controle de sistemas e mostra suas vantagens e importância para a sociedade moderna. Você vai entender o que é o controle de sistemas e como o controle com realimentação funciona, e passará a perceber a sua presença em diversas situações em seu dia-a-dia, na natureza, no corpo humano e em diversos dispositivos, desde os mais simples até os mais complexos. Você vai perceber a necessidade de modelos teóricos para a análise e o projeto do controle de sistemas e aprenderá como verificar se um sistema atende a determinados requisitos de desempenho. Você também aprenderá como projetar um controle simples de modo a obter o melhor desempenho possível de um sistema de controle. Este é apenas o primeiro passo em direção a um vasto campo do conhecimento e lhe dará a base e a segurança necessárias para avançar em seus estudos no maravilhoso mundo do controle de sistemas.
Exemplo de Controle em Malha Fechada
Loading...
Do curso por Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Introdução ao Controle de Sistemas
559 classificações
Na lição
A necessidade de modelos teóricos
O que é Sistema? Exemplos de Sistemas. O que é Controle? Análise e Projeto. Controle em Malha Aberta e em Malha Fechada. Exemplo de Controle com Realimentação. Modelos Matemáticos.
Conheça os instrutores
Jackson Paul MatsuuraProfessor Associado
Departamento de Sistemas e Controle
Rubens Junqueira Magalhães AfonsoProfessor Adjunto
Departamento de Sistemas e Controle
[MÚSICA] [MÚSICA] Após esse vídeo,
você será capaz de explicar o funcionamento do controle com
realimentação e de explicar e ilustrar a importância de modelos
teóricos para a análise e o projeto do controle de sistemas.
Uma forma bastante comum e eficiente de modificar a relação entrada/saída do
sistema, é a utilização do controle proporcional, que consiste
fazer com que a entrada do sistema seja proporcional ao sinal de erro.
Ou seja, o sinal de entrada u(t) será uma constante k chamada de ganho,
multiplicada pelo sinal de erro e(t) ou u(t) = k*e(t).
É claro que nem sempre o controle proporcional será suficiente,
mas ele é a base do controle de sistemas.
Entendendo bem o controle proporcional,
você vai entender facilmente outros tipos de controle.
Bem, uma vez definido o controle ou controlador a ser utilizado,
precisamos ajustar o valor ou valores do controle.
No caso do controle proporcional,
precisamos ajustar o ganho do sinal de erro.
Podemos fazer isso experimentalmente,
testando diferentes valores de ganho e analisando a resposta do sistema.
Após alguns experimentos, podemos chegar à valor satisfatório de ganho e
teremos projetado o nosso controlador proporcional.
Mas já deu preguiça só de pensar fazer todos esses testes.
Isso pode levar muito tempo e poderá consumir recursos preciosos,
além de ser potencialmente perigoso.
Valor de ganho muito inadequado, poderá danificar o sistema.
Vamos ver exemplo prático.
[MÚSICA] Estou aqui no túnel de vento para exemplificar o
ajuste do ganho do controle.
Vou testar ganho pequeno demais,
depois ganho elevado demais e finalmente ganho adequado.
O sistema vai ser o meu corpo.
A saída é a direção de apontamento da minha cabeça.
A entrada do sistema vai ser o ângulo que eu vou formar com os meus braços,
para poder virar para lado e para o outro e a referência vai ser uma
direção 90 graus à direitra da minha direção inicial.
Vamos lá!
Atenção, essa não é a posição correta para voar no túnel de vento.
Ela está sendo usada apenas para ilustrar os conceitos de controle de sistemas.
Consulte sempre instrutor qualificado.
Primeiro, ganho pequeno demais.
[VENTO] Ganho pequeno.
[VENTO]
[VENTO] Você deve ter
reparado que eu virei lentamente para a direita e depois também voltei lentamente.
Continuando nosso exemplo, agora vou usar ganho elevado demais.
É até perigoso, ganho inadequedo.
posso bater nas paredes.
Finalmente usando ganho mais adequado.
[VENTO] Ganho adequado.
[VENTO] Beleza!
[VENTO] [VENTO] Valeu!
Vamos comparar os 3 ganhos simultaneamente.
Agora você percebe claramente a diferença na velocidade de giro.
[MÚSICA] Vamos entender melhor o que está acontencendo.
Primeiro vamos ver como a entrada afeta a saída.
Ao mudar o ângulo dos braços,
o ar deixa de bater uniformemente neles e provoca giro para a direita.
É fácil perceber que quanto maior esse ângulo, mais rápido será o giro.
Após o giro começar, voltar o ângulo dos braços para zero
não vai parar o giro instantaneamente, por causa da inércia.
Para parar o giro rapidamente,
é preciso que os braços façam ângulo contrário ao do movimento.
Então usamos o ângulo dos braços tanto para iniciar o giro e
aumentar a sua velocidade, quanto para parar o giro.
O ângulo zero o giro tende a continuar,
mas a velocidade vai diminuindo devido à resistência do ar.
Já vimos como a entrada afeta a saída.
Vamos ver agora como o sinal de entrada é gerado a partir de sinal de erro.
Inicialmente temos erro de 90 graus,
já que a nossa posição inicial é 0 graus e a referência é 90 graus.
Esse erro de 90 graus é multiplicado pelo ganho k gerando o sinal de entrada u.
Esse sinal de entrada u faz com que o corpo gire na direção desejada,
fazendo a saída aumentar e diminuindo o erro.
Assim, à medida que o tempo passa, a saída vai aumentando e
o erro vai diminuindo, o que faz com que o sinal de entrada também diminua.
Se o ganho que for utilizado for muito pequeno,
o sinal de entrada também será pequeno e a saída irá aumentar muito devagar.
Vamos visualisar isso graficamente.
Vemos a saída indo bem lentamente para a referência e à
medida que o tempo passa a saída vai aumentar cada vez mais devagar.
Se o ganho k for muito grande, o sinal de entrada será elevado e a saída irá
aumentar muito rápido, fazendo com que saída passe do valor desejado.
Vamos visualizar isso graficamente.
A saída aumenta rapidamente, passando do valor de referência e depois voltando.
Dependendo do sistema,
ganhos elevados podem fazer a saída do sistema aumentar indefinidamente.
[MÚSICA] Vamos ver mais uma vez,
o exemplo de corpo queda livre, mas dessa vez,
nós não vamos usar o simulador, nós vamos usar a queda livre de verdade.
Desse jeito, eu vou ter certeza de que você entendeu como funciona o ajuste do
controle com realimentação e principalmente,
que ganho muito elevado pode ser muito prejudicial.
Vamos lá!
Atenção, esta não e a posição correta para queda livre.
Ela está sendo usada apenas para ilustrar os conceitos de controle de sistemas.
Consulte sempre instrutor qualificado.
[VENTO] Vou começar com ganho pequeno.
[VENTO] Agora com ganho muito grande.
[VENTO] Com ganho
muito grande eu saí girando e a câmera nem conseguiu me acompanhar.
[VENTO] Com ganho adequado.
[VENTO] Visualizando os 3 ganhos simultaneamente.
[MÚSICA] Espero que você tenha entendido
bem o funcionamento básico do controle de malha fechada e que ajuste experimental
do ganho, além de ineficiente, pode ser potencialmente perigoso.
Relembrando, o controle de sistemas basicamente consiste da
Análise do Projeto, com o objetivo de verificar e adequar o comportamento
de sistema aos requisitos de desempenho.
Na análise verificamos se o sistema atende aos requisitos,
no projeto ajustamos o desempenho para que ele atenda aos requisitos.
Para realizar a análise e o projeto de forma mais eficiente,
mais rápida e consumindo menos recursos, ao invés de testarmos o
sistema e o controle, utilizamos modelos matemáticos para realizar análise
de projetos teóricos e para isso nem precisamos ter o sistema real disponível.
Ele pode estar muito longe ou ainda nem ter sido construído.
Com a análise e o projeto teórico,
poupamos recursos e não corremos riscos desnecessários.
Uma vez que a análise e projeto teóricos tenham sido finalizados,
podemos fazer simulações para validar o projeto e finalmente
validá-lo experimentalmente no sistema ou protótipo.
Na análise com modelo matemático, utilizamos ferramentas matemáticas
para calcular a saída do sistema para diferentes entradas.
Com o modelo matemático, podemos também associar características da saída com
características do sistema, o que pode nos poupar da necessidade de calcular a saída,
deixando tanto a análise quanto o projeto, mais eficientes.
No projeto, usamos os mesmos modelos matemáticos,
para ajustar o parâmetro ou os parâmetros do controlador.
No caso do ganho, utilizamos o modelo matemático do sistema para decidir
qual ganho resulta no desempenho desejado ou no melhor desempenho possível,
segundo os requisitos.
E isso, sem precisarmos testar cada dos possíveis valores no sistema real.
Agora você já deve ser capaz de explicar o funcionamento do controle com
realimentação e de explicar e ilustrar a importância de modelos teóricos
para análise e o projeto de controle de sistemas.
[MÚSICA] [SOM}
Explore nosso catálogo
Registre-se gratuitamente e obtenha recomendações, atualizações e ofertas personalizadas.
O Coursera proporciona acesso universal à melhor educação do mundo fazendo parcerias com as melhores universidades e organizações para oferecer cursos on-line.
© 2019 Coursera Inc. Todos os direitos reservados.
