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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
Denominacao O Problema Um pouco de Historia Motivacao Pre-requisitos Conceitos Bibliografia Recursos na Internet Conceitos 2
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.
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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
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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
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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.
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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.
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O problema, exemplo
Controle automatico de velocidade em automoveis
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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
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Um pouco de Historia
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)
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Um pouco de Historia
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.
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Um pouco de Historia
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.
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Um pouco de Historia
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 ....
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Motivacao
Tecnica:Existencia de criterios ou padroes rıgidos de desempenho paravariaveis de diversos processos, sistemas ou maquinas.
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Motivacao
Tecnica:Exemplo: controle de frequencia em usinas hidreletricas.
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Motivacao
Controle em malha fechada da frequencia:
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Motivacao
Procedimentos de Rede da ONS:
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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.
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Motivacao
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Motivacao
Industria Petroquımica:
Forno
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Motivacao
Industria Petroquımica:
Coluna de destilacao
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Motivacao
Controle de Poluicao:
Filtro Eletrolıtico
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Motivacao
Industria do Aco (Siderurgia):
Pote
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Motivacao
Industria do Aco (Siderurgia):
Sinais de temperatura e potencia
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Recursos na Internet
http://ctms.engin.umich.edu/
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O que nao sera abordado
Por exemplo
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O que nao sera abordado
ou
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O que nao sera abordado
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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