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Um sistema de controle é um dispositivo ou conjunto de dispositivos que comandam o comportamento de outros dispositivos. Na era da modernidade, o seu uso é disseminado: desde uma simples bóia que controla o nível de um tanque d'água até os sistemas digitais das aeronaves mais sofisticadas.
Esse conceito é amplo, não necessariamente limitado a equipamentos de Engenharia. Exemplo: a redução da população de uma praga por meio da criação de predadores é um sistema biológico de controle.
O estudo dos sistemas de controle requer o conhecimento prévio de alguns conceitos matemáticos, que, neste site, podem ser vistos resumidamente nas páginas de números complexos e transformadas de Laplace.
Conceitos básicos
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| Figura 01 |
Na Figura 01 (a), exemplo gráfico de um sistema genérico S que recebe uma entrada x e dá uma saída y como resposta.
Em (b) da mesma figura, exemplo de um sistema com circuito RC: a tensão da fonte vs pode ser considerada entrada e a tensão no capacitor vc, saída.
Nos diagramas em blocos de sistemas de controle, é importante lembrar as diferenças das interligações de grandezas conforme Figura 02.
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| Figura 02 |
Em (b) da figura, está representado um ponto de soma, que corresponde à lei de Kirchhoff para a corrente elétrica com a aplicação dos sinais indicados. Portanto, no exemplo,
X3 = X1 − X2.
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| Figura 03 |
A Figura 03 dá um exemplo simples: a alimentação de água para um reservatório é comandada por uma válvula manual. Desde que as vazões de suprimento e de processo costumam variar, esse sistema exige a periódica intervenção de um operador para manter o nível de água acima do mínimo necessário e abaixo do máximo (evitar transbordamento).
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| Figura 04 |
No exemplo da Figura 04, o controle manual anterior é substituído por um automático: o sinal de um sensor de nível é enviado a um dispositivo controlador que abre ou fecha a válvula de controle de acordo com valores pré-ajustados de níveis mínimo e máximo. Desde que a variação de nível depende da vazão do processo, essa saída comanda indiretamente a entrada de água no reservatório.
Realimentação é a informação que um sistema de malha fechada usa para controlar a saída.
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| Figura 05 |
No exemplo anterior, o sensor de nível fornece a realimentação, que, no controlador, é comparada com um valor ajustado.
O controlador de nível usa a diferença entre o nível do sensor e o valor ajustado para enviar, quando necessário, o sinal de comando à válvula de controle.
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| Figura 06 |
Y = S(X) #A.1#.Salvo indicação em contrário, todos os sistemas aqui são considerados lineares. Um sistema linear é o que obedece à relação:
S(a1 X1 + a2 X2) = a1 S(X1) + a2 S(X2) #A.2#. Onde a1 e a2 são constantes.
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| Figura 07 |
No exemplo, o sistema global tem entrada X0 e saída Y3. Relações intermediárias podem ser observadas:
X1 = X0 + Y4
Y1 = S1 (X1) = S1 (X0 + Y4)X2 = Y1 − Y5, etc.
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| Figura 08 |
Equipamentos são os dispositivos principais, aqueles cujo comportamento se deseja controlar.
Sensores são elementos que convertem uma grandeza física em outra que possa ser adequadamente processada. Exemplo: um termopar converte temperatura em uma tensão elétrica.
Controladores são dispositivos que processam os valores reais e desejados para o sistema. Exemplo: no caso do termopar, o circuito elétrico ou eletrônico que compara os valores de tensão do termopar com uma de referência para controle.
Atuadores são dispositivos que produzem uma saída para o equipamento como resposta a um sinal do controlador. Exemplo: motores elétricos, pistões hidráulicos ou pneumáticos, etc.
Vale lembrar que sistemas práticos podem sofrer, conforme figura, ações de distúrbios e ruídos, isto é variações que não podem ser controladas, mas afetam a operação e, por isso, precisam muitas vezes ser minimizadas através de dispositivos de compensação, filtragem, etc. Exemplo: vibrações, interferências eletromagnéticas, etc.
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