Embed Size (px)
DESCRIPTION
Aula introdutória
Citation preview
Apresentação do professor e da disciplina. Recomendações úteis. 1
Disciplina BC 1507 (3 1 5):
“Instrumentação e Controle”
Prof. Dr. Antonio Gil V. de Brum
CECS/UFABC
2
”Não tentes ser bem sucedido, tenta antes ser
um homem de valor.”
[Albert Einstein]
3
Professor Gil Formação:
B.sC. Em Física (Unicamp)
M.sC. Mecânica Espacial e Controle (INPE)
Dr. Engenharia e Tecnologia Espacial (INPE)
Área de atuação:
Dinâmica e Controle de Veículos Espaciais
Determinação e Controle de Órbita e Atitude de Veículos Espaciais.
Sensores de atitude (sensor estelar, por ex.)
Instrumentação para missões espaciais
4
A disciplina Conteúdo:
Princípios de controle automático: controle de malha aberta e de malha fechada; diagramas de blocos; modelagem matemática de sistemas dinâmicos no espaço de estados; controladores elementares; princípios de medição de grandezas físicas; instrumentos indicadores eletromecânicos; transdutores de instrumentação de sistemas de medições; circuitos de instrumentação: medições com pontes; osciloscópios; tempo de resposta e resposta em frequência de sensores;
Simulações & Laboratório Como complemento à parte teórica;
Práticas reservadas para simulação Uso do MATLAB/Simulink
Práticas com instrumentação
5
A disciplina:
Objetivos:
Apresentar conceitos básicos de medição de grandezas físicas e conceitos envolvidos em instrumentação.
Abordar o comportamento dos circuitos e sensores utilizados em instrumentos, assim como a modelagem de sistemas dinâmicos e princípios básicos de controle.
Abordar as metodologias de projeto para desenvolvimento de sistemas de instrumentação e controle.
Desenvolver práticas de laboratório focadas na integração de software e hardware para instrumentação e controle.
6
A disciplina:
Competências:
selecionar sensores adequados às necessidades de medição;
identificar os tipos de erros associados às metodologias adotadas nas medidas e às diferentes características dos instrumentos e sensores;
projetar controladores simples para um determinado desempenho do sistema definido pela resposta dinâmica e pela estabilidade;
abordar o comportamento dos circuitos e sensores utilizados em instrumentos, assim como a modelagem de sistemas dinâmicos e princípios básicos de controle.
7
A disciplina:
Metodologia:
aulas teóricas expositivas;
uso de recursos computacionais (exercícios e simulações ): MATLAB (c/ introdução ao Simulink);
experimentos práticos em laboratório.
Atividades Discentes:
Resolução de listas de exercícios,
simulações computacionais e
atividades práticas em laboratório para a melhor compreensão dos princípios estudados e complementação/fixação dos conceitos teóricos abordados.
Avaliação (A1) Primeira avaliação escrita: vale 80% da nota 1 *Atividades em/extra classe + listas: valem 20% da nota 1 (A2) Segunda avaliação escrita: vale 60% da nota 2 *Atividades em/extra classe, relatórios, listas: 40% da nota 2
•As notas 1 e 2 são compostas pelas notas obtidas nas avaliações escritas e nos exercícios/atividades/relatórios ou trabalhos realizados em sala de aula ou extra-classe. •A média final é a média aritmética das notas 1 e 2. •Os exercícios extra-classe poderão se referir a conteúdos apresentados em sala de aula ou a temas complementares pertinentes à disciplina.
Substitutiva: pode ser feita opcionalmente, a título de recuperação - Ocorrerá na semana posterior a prova final.
A média final será convertida em
conceitos segundo a tabela de
transformações:
IMPORTANTE: Frequência
MEC: Critério exigido p/ aprovação Reprovação se no. de faltas > 25% das aulas!
• Controle você as suas faltas.
• O aluno com mais de 25% de faltas será reprovado
(conceito “O”), não importa a nota/conceito obtido.
• 25% é bastante para acomodar imprevistos comuns.
75% de frequência
Bibliografia Recomendada - OGATA, K. "Engenharia de controle moderno", Prentice Hall, 5a edição, 2010.
- HELFRICK, A.D., COOPER, W.D. "Instrumentação Eletrônica Moderna e
Técnicas de Medição", Prentice Hall do Brasil, 1a edição, 1994.
- DORF, R.C., BISHOP, R.H. "Modern Control Systems", Prentice Hall, 12th
edition, 2011.
- ALVES, J. L. L. ''Instrumentação, Controle e Automação de Processos'', LTC,
2a edição, 2010.
- BALBINOT, A., Brussamarello, V. J. ''Instrumentação e Fundamentos de
Medida'', LTC, 2a edição, 2010.
- REGAZZI, R. D., Perreira, P. S., Silva Jr., M. F. ''Soluções Práticas de
Instrumentação e Automação'', Gráfica AWG, 2005.
Apoio ao aluno
• 1. E-mail da turma: [email protected]
• (senha: ufabc2015)
• 2. Material de apoio (aulas, listas, atividades, notas, etc.) será
enviado para este e-mail
• 3. E-mail do professor: dúvidas, entrega de atividades, listas, etc.
• 4. Aluno monitor (solução das listas, auxílio à turma, trabalho
junto ao prof.)
• 5. Disciplina utiliza apoio de monitor
Primeiro Assunto:
Introdução aos Sistemas de Controle O que é um sistema?
Sistemas de Controle em Malha Aberta e Fechada
Sistema:o que é? Conjunto de “coisas” que trabalham juntas para
produzir um resultado. Constituídos por: entradas, processamento e saídas.
Os sistemas tomam uma entrada e realizam algum processo para produzir uma saída.
Quem realiza o processamento? - Processador ou “planta”.
Exemplo: sistemas eletrônicos => entrada e saída são “sinais”.
Descrição com uso de:
diagramas de blocos: planta e outros componentes.
linhas: sinais de entrada e saída.
Processo (“planta”)
entrada saída
Diagrama de blocos de um sistema: representação com uso de
BLOCOS (processo e outros componentes) e LINHAS (sinais de entrada/saída)
O sucesso ou fracasso de uma operação ou processo complexo normalmente depende da saída de vários subsistemas.
Exemplos: navegar um veículo, missão espacial, robótica, etc.
=> necessidade de controlar a saída para mantê-la dentro do desejado.
Sistemas de Controle
Sistemas onde o sinal de saída precisa ser controlado para produzir determinado resultado
Estão presentes em todos os lugares: descarga de
banheiro, carros, geladeiras, máquinas de lavar, calefação/refrigeração de ambientes, etc.
Dividem-se em:
Sistemas de Controle de
malha aberta => + simples
malha fechada (com realimentação => + complexos) Exemplo: sistema de calefação de uma residência (antigo)
•Se está frio, ponha mais lenha na lareira.
•Este sistema não oferece garantia do resultado (não há controle da saída).
•Isto significa que a sala pode ficar quente demais ou fria demais. Também, pela manhã, quando a lenha tiver sido consumida, o frio retornará.
FONTE: SELLERS (2005).
Lareira lenha calor
Fig. 1 - Sistema de controle de calefação simples (malha aberta).
Exemplo: sistema de calefação residencial (moderno)
Aqui: temperatura desejada é ajustada no termostato (20oC, por
exemplo)
Termômetro: é o sensor
Sente/mede a temperatura ambiente
Termostato (“cérebro”): é o controlador
Compara a temperatura de saída medida (pelo termômetro) com a temperatura
de saída desejada
Decide se aciona ou desliga o aquecedor => tipo de entrada a enviar (aqui:
liga/desliga).
Aquecedor (fornalha): é o atuador
Recebe os comandos do controlador e atua na planta para produzir a saída
desejada.
Sistemas de Controle
Fig. 2 - Este sistema moderno em malha fechada constantemente mede a temperatura ambiente e decide quando acionar ou desligar o aquecedor. FONTE: SELLERS (2005).
Este é um SISTEMA DE CONTROLE REALIMENTADO ou EM MALHA FECHADA.
Pois usa um sensor (termômetro) para medir constantemente a saída e envia este sinal medido de saída de volta (realimentação) para o controlador (termostato). Este, por sua vez, compara o sinal de saída desejado com o medido e decide que comando (liga/desliga) enviar para o aquecedor (atuador).
Assim, a saída é mantida controlada em 23oC.
Sistemas de Controle em Malha Fechada (ou “com realimentação” – “retro-alimentação”)
4 tarefas básicas realizadas por todos eles:
Compreender o funcionamento do sistema
Como a planta reage às entradas, incluindo as do ambiente, para produzir as saídas?
Modelo da Planta
Observar o comportamento corrente do sistema
Uso de sensores
Fig. 3 - Diagrama de blocos do sistema de controle de calefação em malha fechada.
FONTE: SELLERS (2005).
Decidir o que fazer
É o trabalho do controlador
Cumprir/realizar o que foi decidido
Uso de atuadores
Presentes em carros, aviões, equipamentos, eletrodomésticos, corpo humano, etc...
Controle em Malha Fechada
Figura 4 - Todos os sistemas de controle em malha fechada têm os mesmos elementos básicos.
O estado desejado é uma entrada para o controlador. Este compara este estado ao estado atual, medido pelos
sensores. Pela comparação das diferenças entre estas duas entradas, ele decide qual comando específico enviar para os
atuadores. As mudanças provocadas pelos atuadores, juntamente com as entradas do ambiente, afetam o sinal final de
saída da planta. Os sistemas sensores detectam e medem esta saída.
FONTE: SELLERS (2005).
Obrigado e um ótimo quadrimestre!
Sequência:
- origens do controle de processos (inclui a lista 1)
