CONTEÚDO 3 MÓDULO 2 – SISTEMAS DE CONTROLE

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MÓDULO 2 – SISTEMAS DE CONTROLE
Um sistema de controle genérico apresenta entradas que representam os comandos dados ao sistema, perturbações que são variáveis, que por sua vez causam variações não esperadas e saídas que são as variáveis que devem ser controladas pelo sistema.
Uma das classificações dada aos sistemas de controle está baseada no fato do sistema possuir ou não realimentação. Chamamos de sistemas de controle sem realimentação, aos sistemas que baseados nos valores das entradas, toma certa decisão para comandar as variáveis de saída. Os sistemas de controle com realimentação monitoram constantemente as variáveis de saída e seus valores são levados em consideração no comando dessas próprias variáveis. Existem ainda sistemas, que são projetados com a capacidade de captar perturbações e comandar as saídas, a fim de anular ou diminuir o efeito das mesmas.
Para esclarecermos melhor os diferentes sistemas imaginemos várias opções de projetos, desenvolvidos para controlar a temperatura dentro de uma estufa. O aquecimento da estufa é conseguido através da aplicação de uma tensão nas resistências elétricas, situadas na parte interior da estufa. Acontece que a quantidade de calor liberado pelas resistências é diretamente proporcional a potência aplicada, que depende da tensão que é considerada entrada do sistema.
A temperatura dentro da estufa é a saída do sistema, porque representa a variável a ser controlada. Para enfatizar ainda mais, podemos considerar a abertura da porta da estufa como sendo uma perturbação.
O projeto de um circuito analógico sem realimentação para controlar a temperatura dentro da estufa, poderia ser implementado facilmente, levantando-se um gráfico da temperatura interna em função da tensão aplicada nas resistências. O circuito poderia ter, por exemplo, um potenciômetro com escalas através do qual, selecionaríamos a temperatura desejada e o circuito alimentaria as resistências adequadamente.
Esse sistema chamado de sistema em malha aberta, ou sem realimentação, possui algumas desvantagens. Como exemplo, podemos citar a necessidade de calibração periódica do circuito, causada pelas variações de comportamento do sistema com o passar do tempo, a sensibilidade a condições ambientais e a menor precisão. Podemos ressaltar também a não imunidade a perturbações, por exemplo, a perturbação causada pelo abrir da porta que modificaria a temperatura interna da estufa.
Um projeto um pouco mais aprimorado utiliza um circuito para medida constante do valor da temperatura dentro da estufa, e este valor é utilizado pelo sistema para decidir a tensão a ser aplicada nas resistências elétricas da estufa.
O circuito analógico a ser projetado neste caso trabalha em malha fechada (com realimentação), comparando a temperatura especificada, com a temperatura real dentro da estufa. Se houver alguma diferença entre esses valores, o circuito deve tomar alguma decisão, de modo a zerar ou diminuir ao máximo esta diferença.  
Questão 1 (resolvida)
Questão 2 (resolvida)
Neste módulo apresentamos informações sobre os componentes básicos de um Sistema de Controle: classificação, características, modelos, exemplos e aplicações, dentre outros.
Os assuntos deste módulo não se esgotam nesta abordagem. Sugere-se ao aluno que seus estudos sejam aprofundados em bibliografia específica como a seguir: 
Bibliografia Básica:
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
SMITH, C. A.; CORRIPIO, A. Princípios e prática de controle automático de processo. 3ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. São Paulo: Pearson, 2009
Bibliografia Complementar:
PAZOS, F. Automação de sistemas e robótica. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2002.
RICH, E. Inteligência artificial. São Paulo: Makron Books, 2002.
GROOVER, M. P. et. al. Robótica: tecnologia & programação.  São Paulo: McGraw-Hill, 1999.
FIGINI, G. Eletrônica industrial: servomecanismos teoria da regulagem automática. Curitiba: Hemus, 2002.
CAPELLI, Alexandre. Automação Industrial: controle do movimento e processos contínuos. São Paulo: Érica, 2009.
NISE, N. S. Engenharia de sistemas de controle. Rio de Janeiro: LTC, 2002/2009.
OGATA, K., Engenharia de Controle Moderno, Prentice Hall, 1993.
Manual do Usuário – Micrologix 1000 Analog, Allen Bradley, 1999.
Exercício 1:
Observe a figura a seguir, que representa o diagrama de bloco de um sistema de controle realimentado. Neste diagrama, a letra r indica a(o):
  
A)
variável controlada.
B)
variável de referência.
C)
sinal de realimentação.
D)
ganho.
E)
erro.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) .......................................................................................
B) .......................................................................................
Exercício 2:
Observe a figura abaixo, que representa o diagrama de bloco de um sistema de controle realimentado.
Neste diagrama, a letra f indica a(o):
A)
 variável controlada.
B)
 variável de referência.
C)
 sinal de realimentação.
D)
 ganho.
E)
 erro.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
B) ................
C) ................
Exercício 3:
A  figura apresenta um diagrama em blocos de parte de um sistema de controle e sua implementação correspondente, usando um circuito elétrico com Amplificadores Operacionais considerados ideais. Para estabelecer uma equivalência entre o diagrama e o circuito, os ganhos K1 e K2 , em função dos resistores, são:
A)
B)
C)
D)
E)
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) .............
D) .............
E) .............
C) .............
B) .............
Exercício 4:
A figura 2 abaixo apresenta as curvas de amortecimento de três sistemas mecânicos vibratórios nos quais foram inseridos elementos de amortecimento. Pode-se afirmar que:
 
 
I. O sistema representado na curva A não é oscilante e chega ao ponto de equilíbrio após decorrido algum tempo sem oscilar. Diz-se que é um sistema subamortecido.
II. O sistema representado na curva B não é oscilante e chega ao ponto de equilíbrio no menor tempo possível sem oscilar. Isso é chamado amortecimento crítico.
III. A curva C representa um sistema não amortecido onde o sistema oscila, mas a amplitude decresce exponencialmente com o tempo até chegar ao ponto de equilíbrio.
 
Qual(is) está(ão) correta(s)?
 
A)
 Apenas a I.
 
 
B)
 Apenas a II.
C)
 Apenas a I e a II.
D)
 Apenas a II e a III.
E)
 A I, a II, e a III.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) .............
B) .............
Exercício 5:
Considere o diagrama de blocos a seguir:
Para esse diagrama, a função de transferência entre a entrada y e a saída r é dada por:
A)
 (G1G2) / (1 – G1G4 + G2G3G4)
B)
 (G1G2) / (1 + G2G3 – G1G2G4)
 
C)
 (G1G2) / (1 – G2G3 + G1G2G4)
 
D)
 (G1G2) / (1 – G1G2 – G1G2G3)
 
E)
 (G1G2) / (1 + G1G2 – G1G2G3)
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
A) ............
B) ............
C) ............
Exercício 6:
Considere o sistema representado a seguir:
 
As funções de transferência Y(s)/R(s) e Y(s)/W(s) são dadas por:
A)
B)
C)
D)
E)
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
A) ................
D) ................
E) ................
Exercício 7:
Dado o sistema abaixo:
 
 Para acionar um pequeno motor de corrente contínua com uma tensão variável foi projetado o circuito mostrado na figura, usando duas fontes de tensão, dois resistores e um potenciômetro. Variando-se o cursor do potenciômetro entre o máximo e o mínimo, a tensão V0 variará no intervalo de:
 
 
A)
 –8V a +8V
 
 
B)
 –4V a +4V
 
 
C)
–3V a +3V
 
D)
0V a +4V
 
E)
 0V a +8V
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) ...................
B) ...................
Exercício 8:Um sistema de controle possui um amplificador operacional ideal, polarizado adequadamente, onde em suas entradas temos fontes de tensão contínuas, sendo V1= 7,75 mV (entrada V+) e V2= 7,90 mV (entrada V-), e a saída é dada pela tensão Vo. Na situação descrita:
A)
o circuito tem a função de amplificar a soma entre suas entradas.
B)
à medida que a temperatura ambiente aumentar, a tensão de saída Vo decresce.
C)
o amplificador operacional estará em saturação, se as tensões V1 e V2 forem iguais.
D)
a tensão na saída Vo será menor que zero e vice-versa, se a diferença V1- V2 for maior que zero.
E)
a tensão de saída Vo será de -15 V, se o ganho A do amplificador operacional for igual a 100 000.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)