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Sistema de Controle
sistemas de Controle de desempenhar um papel vital no nosso dia-a-dia. A noção de um sistema de controlo automático é básica e bem misturada em todas as facetas da nossa vida. O sistema de controle automático desempenha um papel importante no avanço e melhoria das habilidades de engenharia.,um sistema é uma combinação de dispositivos e componentes conectados por alguma forma de interações regulares para atuar em conjunto e realizar um certo objetivo. O sistema pode ser físico, biológico, econômico e assim por diante.
O termo controlo significa regular, dirigir ou comandar. Assim, um sistema de controle pode ser definido como uma combinação de dispositivos e componentes conectados ou relacionados de modo a comandar, dirigir ou regular a si mesmo ou outro sistema.,sistemas de controle
são usados em muitas aplicações, por exemplo, o controle de temperatura, nível líquido, posição, velocidade, fluxo, pressão, aceleração, etc.
características de um sistema de controlo
a principal característica de um sistema de controlo é que deve haver uma clara relação matemática entre a entrada e a saída do sistema. Quando a relação entre entrada e saída do sistema pode ser representada por uma proporcionalidade linear, o sistema é chamado de Sistema de controle linear., Mais uma vez, quando a relação entre entrada e saída não pode ser representada por uma única proporcionalidade linear, ao invés disso, a entrada e saída estão relacionadas por alguma relação não-linear, o sistema é referido como um sistema de controle não-linear.Precisão: Precisão é a tolerância de medição do instrumento e define os limites dos erros cometidos quando o instrumento é utilizado em condições normais de funcionamento. A precisão pode ser melhorada usando elementos de feedback., Para aumentar a precisão de qualquer detector de erros do sistema de controle deve estar presente no sistema de controle.sensibilidade: os parâmetros de um sistema de controlo estão sempre a mudar com a alteração das condições circundantes, perturbação interna ou quaisquer outros parâmetros. Esta mudança pode ser expressa em termos de sensibilidade. Qualquer sistema de controlo deve ser insensível a esses parâmetros, mas sensível apenas aos sinais de entrada.
Ruído: um sinal de entrada indesejado é conhecido como ruído. Um bom sistema de controlo deve ser capaz de reduzir o efeito de ruído para um melhor desempenho.,estabilidade: é uma característica importante do sistema de controlo. Para o sinal de entrada limitado, a saída deve ser limitada e se a entrada é zero, então a saída deve ser zero, então tal sistema de controle é dito ser um sistema estável.
largura de Banda: uma gama de frequências operacionais decide a largura de banda do sistema de controlo. A largura de banda deve ser tão grande quanto possível para a resposta de frequência do bom sistema de controlo.
velocidade: é o tempo que o sistema de controlo leva a atingir a sua saída estável. Um bom sistema de controle possui alta velocidade., O período transitório para tal sistema é muito pequeno.oscilação: um pequeno número de oscilações ou oscilações constantes da saída tende a indicar que o sistema é estável.
Componentes Básicos de um Sistema de Controle
Os componentes básicos de um sistema de controle pode ser representado por:
- entrada de referência de elemento que faz com que o sinal de comando;
- comentários elemento que produz o sinal de realimentação;
- erro detector;
- controlador
- sistema controlado; e
- o sinal de saída, isto é, a saída controlada.,
estes componentes são mostrados sob a forma de um diagrama de blocos de sistema, como na figura abaixo e são descritos da seguinte forma.
- Entrada de Referência de Elementos: Estes constituem a posição de realimentação do sistema de controle que estabelece a relação entre o comando e certos de entrada de referência.,
- comando: comando é um sinal deliberadamente introduzido estabelecido por alguns meios, externo e independente do sistema de controle de feedback em consideração.
- entrada de referência: é um sinal estabelecido como um padrão de comparação para um sistema de controle de feedback em virtude da sua relação com o comando.
- Detector de erros: é um elemento no qual uma variável do sistema (sinal de feedback) é subtraída de outra variável (sinal de referência) para obter a terceira variável (sinal de erro). Também é chamado de comparador.,
- elemento de retroacção: o sinal de retroacção é uma função da saída controlada que é comparada com o sinal de referência para obter o sinal de accionamento.
- Error Signal: It is an algebraic sum of the reference input and the primary feedback.controlador
- : O controlador é um elemento que é necessário para gerar o sinal de controlo apropriado.
- função de força de saída: é a condição que é variada como uma função do sinal de acionamento de modo a mudar o valor da variável controlada.,sistema controlado: é um corpo, processo ou máquina cuja condição específica deve ser controlada, por exemplo, uma nave espacial, um reactor, uma caldeira, uma máquina CNC, etc.
- variável controlada: é uma variável que é directamente medida e controlada. A perturbação é uma entrada diferente de um comando que tende a afetar o valor da variável controlada.
- elementos de saída: estes são os elementos que estabelecem a relação entre a variável directamente controlada e a variável indirectamente controlada.,
classificação do sistema de controlo
sistema de controlo em circuito aberto
um sistema de controlo que não se pode ajustar às alterações é chamado de Sistema de controlo em circuito aberto. Em geral, os sistemas de controlo manual são sistemas de circuito aberto. O diagrama de blocos do sistema de controle de circuito aberto é mostrado na figura abaixo.,
Aqui, r(t) é o sinal de entrada u(t) é o sinal de controle/acionamento do sinal e c(t) é o sinal de saída.
neste sistema, a saída permanece inalterada para entrada constante. Em caso de discrepância, A entrada deve ser alterada manualmente por um operador., Um sistema de controlo em circuito aberto é adequado quando existe tolerância à flutuação no sistema e quando a variação do parâmetro do sistema pode ser tratada independentemente das condições ambientais.
vantagens do sistema de circuito aberto
- estes sistemas são simples em construção e design.os sistemas de circuito aberto são económicos. estes sistemas são fáceis do ponto de vista da manutenção.normalmente, estes sistemas não são muito problemáticos com problemas de estabilidade.
- estes sistemas são convenientes de usar quando a saída é difícil de medir.,
desvantagens
- estes sistemas não são precisos e fiáveis porque a sua precisão depende da precisão da calibração.nestes sistemas, resultados imprecisos são obtidos com variações de parâmetros, ou seja, perturbações internas. a recalibração do controlador é necessária de tempos em tempos para manter a qualidade e a precisão.
sistema de controlo em circuito fechado
qualquer sistema que possa responder às alterações e fazer correcções por si só é conhecido como sistema de controlo em circuito fechado., A única diferença entre os sistemas de circuito aberto e de circuito fechado é a acção de feedback. O diagrama de blocos de um sistema de controle de ciclo fechado é mostrado na figura abaixo.
Aqui, a saída da máquina é alimentada de volta para um comparador (erro do detector). O sinal de saída é comparado com a entrada de Referência r(t) e o sinal de erro e(t) é enviado para o controlador., Baseado no erro, O controlador ajusta a entrada do ar condicionado . Este processo é continuado até que o erro seja anulado. Controles manuais e automáticos podem ser implementados em um sistema de circuito fechado. O ganho global de um sistema é reduzido devido à presença de feedback. A fim de compensar a redução do ganho, se um amplificador é introduzido para aumentar o ganho de um sistema, o sistema pode às vezes tornar-se instável.
vantagens do sistema de circuito fechado
- nestes sistemas, a precisão é muito elevada devido à correcção de qualquer erro que surja., uma vez que estes sistemas sentem a mudança de ambiente, bem como distúrbios internos, o erro é modificado.existe um efeito reduzido da não linearidade nestes sistemas.estes sistemas têm uma largura de banda elevada, ou seja, uma zona de frequência operacional elevada.existem instalações de automatização nestes sistemas.
desvantagens
- Os sistemas são complicados no design.
- os sistemas de ciclo fechado são mais dispendiosos.estes sistemas podem ser instáveis.,
alguns exemplos de sistemas de controlo de circuito aberto e de circuito fechado são os seguintes:
- Os sistemas semáforos variam em funcionamento. Alguns sistemas são de circuito fechado e outros são de circuito aberto. No tipo de circuito aberto, há um mecanismo de tempo que é definido para mudar os semáforos em intervalos regulares, independentemente do volume de tráfego. No tipo de circuito fechado, no entanto, a quantidade de tráfego que passa através das junções é monitorada (eletronicamente ou de outra forma), e a duração das condições “vermelho” e “verde” são ajustadas para cada parte da junção em conformidade.,um exemplo da acção de um sistema de circuito aberto é uma máquina de lavagem de carros em que todos os carros recebem a mesma quantidade de lavagem, independentemente do quão sujos são. Aqui, a saída é a limpeza dos carros, que corresponde a uma dada configuração da máquina (quantidade de água e tempo de lavagem). Um ser humano, no entanto, que lava carros, automaticamente garante que os carros mais sujos receber mais atenção do que os outros. A lavagem de carros por um ser humano responsável é, portanto, um sistema de controle de circuito fechado. Uma máquina de lavar é um sistema de circuito aberto.,um frigorífico é um sistema de circuito fechado. Sua temperatura é medida por um termostato, que desliga o motor quando a temperatura sobe acima do valor desejado e desliga o motor quando a temperatura novamente atinge o valor desejado.a iluminação de uma sala é um sistema de circuito aberto. Uma vez que a luz é acesa, ela permanecerá acesa (até que seja desligada), independentemente de se o quarto é escuro ou luz.
Diferenças entre a malha aberta e a malha fechada de sistemas
| S.,Não. | sistema de circuito aberto | sistema de ciclo fechado |
| 1 | o elemento de feedback está ausente. | o elemento de feedback sempre presente. |
| 2 | um detector de erros não está presente. | um detector de erros está sempre presente. |
| 3 | um sistema de circuito aberto é geralmente estável. | o sistema de ciclo fechado pode tornar-se instável sob certas condições. |
| 4 | podem ser afectados por não linearidade no sistema. | podem ajustar os efeitos das não linearidade presentes no sistema., |
| 5 | é fácil de construir. | tem complicado a construção. |
| 6 | é económico. | é caro. |
| 7 | tem uma pequena largura de banda. | tem uma grande largura de banda. |
| 8 | eles são geralmente imprecisos.são precisos. | |
| 9 | tem menos manutenção.tem mais manutenção. | |
| 10 | não é fiável. | é confiável., |
| 11 | Examples: Washing machine, fixed time traffic control system, room heater, etc | Examples: Servomotor control, generator output voltage control system, refrigerator, biological system, etc. |
Other Types of Control Systems
Linear and Non-linear
A linear system is one that obeys the principle of superposition., O princípio da superposição afirma que a resposta produzida pela aplicação simultânea de duas funções forçadas diferentes é igual à soma das respostas individuais.os sistemas não lineares não obedecem ao princípio da superposição. Quase todos os sistemas práticos são, em certa medida, não lineares. As não linearidade são introduzidas devido ao efeito de saturação dos componentes do sistema, forças de fricção, jogo entre Comboios de engrenagens, ligações mecânicas, não linearidade de componentes electrónicos como amplificadores de potência, transistores, etc., usado., O controle de sistemas lineares é fácil em comparação com o controle de sistemas não lineares.
invariante no tempo e variável no tempo
o sistema de controlo invariante no tempo é aquele cujos parâmetros não variam com o tempo. A resposta de tal sistema é independente do momento em que a entrada é aplicada. Por exemplo, resistência, indutância e capacitância de uma rede elétrica são independentes do tempo.
um sistema de variação de tempo é um em que um ou mais parâmetros variam com o tempo. A resposta depende do Tempo em que a entrada é aplicada., Um sistema de controlo de veículos espaciais onde a massa diminui com o tempo, uma vez que o combustível que transporta é consumido durante o voo, é um exemplo de um sistema de variação de tempo.
tempo contínuo e discreto
em sistemas de controle contínuo, todos os parâmetros do sistema são uma função de tempo contínuo, T. um controle de tempo discreto envolve uma ou mais variáveis que são conhecidas apenas em instantes discretos do tempo.
um dado contínuo ou contínuo é aquele em que os sinais em várias partes do sistema são funções contínuas do tempo. Estes sinais são sinais de tempo contínuo., Por exemplo, quando consideramos o controle de velocidade de um d.c. motor, sabemos que a saída, isto é, a rotação em termos de radianos por segundo é uma função da tensão e da corrente fornecida como entrada para ele em um contínuo de tempo de base. Tal sistema requer uma entrada de tempo contínuo e fornece uma saída de tempo contínuo.
single-Input-Single-Output (SISO) and Multi-Input–Multi-Output (MIMO)
a system with one input and one output is called a single-input–single-output control system. Em outras palavras, há apenas um comando e uma saída controlada.,
um sistema com múltiplas entradas e múltiplas saídas é chamado de Sistema de controle multi-entrada–multi-saída. Por exemplo, controle do nível do tambor da caldeira, controle do braço do robô, etc. O braço do robô executa várias funções com múltiplas entradas. Estas múltiplas funções são chamadas de grau de liberdade.
parâmetro em bloco E Parâmetro distribuído
sistemas de controlo que podem ser descritos por equações diferenciais ordinárias são sistemas de controlo de parâmetros em bloco, enquanto os sistemas de controlo de parâmetros distribuídos são descritos por equações diferenciais parciais., Os parâmetros de uma longa linha de transmissão, ou seja, a resistência, indutância e capacitância, são distribuídos ao longo da linha, mas eles podem ser considerados como parâmetros fixos em certos pontos.
determinístico e Estocástico
um sistema de controlo é determinístico se a resposta for previsível e repetível. Caso contrário, o sistema de controle é um sistema de controle estocástico que envolve parâmetros variáveis aleatórios.,
sistemas estáticos e dinâmicos
um sistema é chamado dinâmico ou dependente do tempo se sua saída atual depende da entrada passada, enquanto que, um sistema estático é aquele cuja saída atual depende apenas da entrada atual.