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Denominacao O Problema Um pouco de Historia Motivacao Pre-requisitos Conceitos Bibliografia Recursos na Internet Conceitos 2

Capıtulo 1Introducao

Gustavo H. C. Oliveira

TE055 Teoria de Sistemas Lineares de ControleDept. de Engenharia Eletrica / UFPR

Gustavo H. C. Oliveira Introducao 1/32


Este material contem notas de aula para suporte ao cursoTeoria de Sistemas Lineares de Controle do Dept. deEngenharia Eletrica da UFPR.

Nao substitui o estudo dos livros recomendados na bibliografiado curso.



Sumario

1 Denominacao

2 O Problema

3 Um pouco de Historia

4 Motivacao

5 Pre-requisitos

6 Conceitos

7 Bibliografia

8 Recursos na Internet

9 Conceitos 2



Denominacoes

Algumas denominacoes:

Teoria de Sistemas Lineares de Controle;

Sistemas de Controle;

Sistemas de Controle em Malha Fechada;

Controle e Servomecanismos (Servo Control ouServomechanism);

Controle Realimentado (Feedback Control);

Controle Automatico (Automatic Control) etc



Denominacoes

E uma area do conhecimento nas engenharias;

Controle verbo transitivo;”controla-se algo”

Engenharia Eletrica;Engenharia Mecanica;Engenharia Automotiva;Engenharia Quımica;Engenharia de Controle e Automacao;Engenharia Mecatronica etc.



O Problema

Problema basico: Sistemas de Controle em Malha Fechada

O objetivo e compreender este sistema eprojetar um controlador de tal forma que a variavel controlada sigao sinal de referencia.



O problema, exemplo

Controle automatico de velocidade em automoveis



Um pouco de Historia

O problema ja era conhecido e tratado pelos Grecos(preservado pela cultura Islamica);

Sec. 18: Relato de controle de temperatura em incubadoras;

Baseado em Boulton, J. Watt (1736-1819) idealizou umcontrole de velocidade para maquinas rotativas a vapor:

Boulton and Watt Governor, 1789




J. P. Maxwell (1831-1879) escreveu ”On Governors”em 1868 :Associacao entre sistemas dinamicos, equacoes diferencias,suas raızes e estabilidade;

E. J. Routh (1831-1907) e A. Hurwitz (1859-1919) criaram asbases de um criterio para estabilidade de sistemas dinamicos;

O objetivo na epoca era manter o sistema estavel e a variavelcontrolada (pressao, temperatura, nıvel de lıquidos,velocidade) em um valor determinado (problema de regulacao)




Final do sec. 19: Estudos sobre controle de trajetoria,motivado por desafios na area de controle de direcao denavios (aumento no tamanho dos navios de guerra);

1866: 1a Patente de controle em malha fechada para direcaode navios (J. M. Gray);

O termo servomotor ou servomecanismos apareceu nestaepoca com o frances J. J. Farcot.




Inıcio do sec. 20:

Percebeu-se um aumento na venda de controladores paradiversas aplicacoes: tensao, corrente, frequencia, velocidadede motores eletricos, direcao de navios e avioes, temperatura,pressao, fluxo na industria de processos, etc.

1922: N. Minorsky (1885-1970) apresentou os princıpios docontrolador PID (Proporcional Integral e Derivativo),motivado por desafios na area de direcao de navios;

Falta de entendimento teorico do problema e falta de metodosde analise e projeto de controladores.




Segunda metade do sec. 20:

Intensificaram-se os estudos para superar as lacunas anteriores;

1942: J. G. Ziegler and N. B. Nichols desenvolveram regraspara a selecao dos parametros do PID

Anos 50 e 60: Denominacao Controle Moderno para metodosbaseados em Espaco de Estados, Teoria da Estimacao,Controle Otimo, Controle Nao Linear;

Anos 70 e 80: Controle Digital, Controle Adaptativo eFiltragem;

Anos 1980: Controle Robusto e H∞;

dentre outras propostase a historia continua ....



Motivacao

Tecnica:Existencia de criterios ou padroes rıgidos de desempenho paravariaveis de diversos processos, sistemas ou maquinas.



Motivacao

Tecnica:Exemplo: controle de frequencia em usinas hidreletricas.



Motivacao

Controle em malha fechada da frequencia:



Motivacao

Procedimentos de Rede da ONS:



Motivacao

Financeira:Junto com a motivacao tecnica, normalmente tem-se a motivacaofinanceira.

Controle de velocidade da bobina para aplicacao de filme deprotecao em chapas de aco.



Motivacao



Motivacao

Industria Petroquımica:

Forno



Motivacao

Industria Petroquımica:

Coluna de destilacao



Motivacao

Controle de Poluicao:

Filtro Eletrolıtico



Motivacao

Industria do Aco (Siderurgia):

Pote



Motivacao

Industria do Aco (Siderurgia):

Sinais de temperatura e potencia



Pre-requisitos

Alguns pre-requisitos deste curso sao:

Equacoes diferenciais ordinarias, manipulacao de equacoesdiferenciais, solucao de equacoes diferenciais;

Funcoes, sinais e sistemas;

Transformada de Laplace, propriedades e sua aplicacao nasolucao de equacoes diferenciais;

Nocoes de Transformada de Fourier;

Resposta em frequencia e diagramas de Bode;

Circuitos eletricos basicos;

Nocoes da linguagem Matlab.



Conceitos relacionados com o curso

Analise de sistemas dinamicos;

Estabilidade;

Sistemas em malha fechada (MF);

Desempenho MF em regimes transitorios e permanente;

PID;

Lugar das raızes e projeto Avanco e Atraso;

Resposta em frequencia e sistemas de controle;

Modelos em espaco de estados.



Bibliografia

A literatura introdutoria sobre Sistemas de Controle estabastante madura e e muito extensa.

No nosso contexto, vamos adotar como bibliografia basica:

(Franklin et al., 2013) G. F. Franklin; J. D. Powell; A.Emami-Naeini. Sistemas de Controle para Engenharia. 6a ed.;Editora Bookman, 2013.(Castrucci et al, 2011) P. L. Castrucci, A. Bittar e R. M. SalesControle Automatico, Editora LTC, 2011.(Ogata, 2010) K. Ogata. Engenharia de Controle Moderno.Pearson Brasil, 5a edicao, 2010.



Bibliografia

Mas, pode-se ver tambem:

J. J. DiStefano III, A. R. Stubberud and I. J. Williams.Feedback and Control Systems, 2nd ed., McGraw Hill, 2005.

R. C. Dorf e R. H. Bishop. Sistemas de Controle Modernos.8a ed., LTC Editora, 2001.

N. S. Nise. Engenharia de Sistemas de Controle. 3a. ed., LTCEditora, 2002.

e muito, mas muito, mais.



Bibliografia

Especificamente sobre PID, tem-se:

K. Astrom, K. and T. Hagglund. Advanced PID Control. Ed.ISA - The Instrumentation, Systems, and Automation Society,2005

Sobre regras para sintonia do PID, tem-se:

A. O’Dwyer. Handbook of Pi and PID Controller TuningRules. 2a. ed., Imperial College Press.



Recursos na Internet

http://ctms.engin.umich.edu/



O que nao sera abordado

Por exemplo




ou




Controle, verbo transitivo (aplicacoes especıficas);

Aspectos de instrumentacao (sensores);

Atuadores, seus limites e propriedades;

Sistemas incertos;

Sistemas nao-lineares e/ou variantes no tempo;

Controle por computador (digital);

Controle avancado;

Equipamentos (controladores), tecnologias;

Comunicacao e rede etc


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