Atividade 2 (A2)_ Controle de sistemas

Modelagem de Sistemas

FMU

Luciano Palermi

em 25/08/2023

Questões resolvidas

A função de transferência a seguir representa um sistema de um tanque, que possui comportamento naturalmente oscilatório e, por isso, precisa ser controlado a partir de um controlador PID (proporcional, integral e derivativo).
Diante dessas informações, constitui uma opção de sintonia do controlador o:
a. método CC.
b. método IMC.
c. método CHR.
d. segundo método de Ziegler-Nichols.
e. primeiro método de Ziegler-Nichols.

Observe o sistema de controle apresentado na imagem a seguir, com sua resposta ao longo do tempo. Deseja-se analisar sua estabilidade, a fim de decidir sobre possíveis modificações que podem ser necessárias no controlador.
Sobre esse sistema, é correto afirmar que se trata de um sistema:
a. instável, pois atinge o regime permanente somente após 20 s.
b. estável, com regime permanente a partir de cerca de 20 s.
c. estável, com regime permanente a partir de cerca de 10 s.
d. estável, com polos de malha fechada localizados no semiplano direito do plano s.
e. instável, com polos de malha fechada localizados no semiplano direito do plano s.

Um projetista de um sistema de controle possui duas opções de controladores para determinado sistema, conforme apresentados na figura a seguir. A partir dessas informações, julgue os itens subsequentes.
Está correto apenas o que se afirma em:
I. O controlador 1 possui como uma das vantagens o baixo custo.
II. A ação de controle do controlador 2 é denominada controle de taxa.
III. Em ambos os casos temos claramente um sistema de malha aberta.
IV. O controlador automático determina o desvio entre a saída e o valor de referência.
a. II, III e IV, apenas.
b. I, II e III, apenas.
c. II e IV, apenas.
d. III, apenas.
e. I e IV, apenas.

O seguinte sistema, visto pela função de transferência adiante, será simulado por meio do uso de um computador, para facilitar, após, o processo de projeto do sistema de controle.
Tendo isso em vista, o que podemos implementar para obter a representação no espaço de estados utilizando o Scilab?
a. sys = ss(A,B,C,D).
b. [A,B,C,D]=tf(sl).
c. [A,B,C,D]=abcd(sl).
d. sys = tf(A,B,C,D).
e. sys = tf(sl).

Os elementos de um sistema de medição, particularmente de sinais biológicos, possuem algumas características que tendem a causar erros nas medições. A respeito de características estáticas ou dinâmicas desses elementos, analise as asserções a seguir e suas relações de causalidade:
Assinale a alternativa correta.
I. A saída do elemento pode ser influenciada por variáveis externas, que podem ser classificadas em entradas modificadoras e de interferência.
II. Entrada modificadora modifica a sensibilidade do elemento, enquanto a de interferência sobrepõe à saída uma certa quantidade indesejável.
a. A asserção I está correta, mas a II está incorreta.
b. As asserções I e II estão corretas, e II é uma justificativa correta da I.
c. A asserção II está correta, mas a I está incorreta.
d. As asserções I e II estão incorretas.
e. As asserções I e II estão corretas, mas não apresentam relação de causalidade.

A estabilidade de um sistema é uma das características mais desejáveis e, por conta disso, é considerada prioridade para o projeto de um controlador PID (proporcional, integral e derivativo), por exemplo. Agora, analise a figura a seguir, de um sistema de controle e sua representação de polos e zeros:
É correto afirmar que se trata de um sistema:
a. marginalmente estável, pois possui polos tanto no semiplano direito quanto no esquerdo do plano s.
b. marginalmente estável, pois não possui polos no eixo imaginário do plano s.
c. instável, pois possui dois polos simétricos no semiplano direito do plano s.
d. estável, pois polos que são simétricos entre si no plano s.
e. estável, pois possui um polo no semiplano esquerdo do plano s.

Leia o trecho a seguir: "À medida que os sistemas modernos, com muitas entradas e saídas, se tornam mais e mais complexos, a descrição de um sistema de controle moderno requer um grande número de equações. A teoria clássica de controle, que trata somente de sistemas com uma entrada e uma saída, tornou-se insuficiente para sistemas com múltiplas entradas e saídas" (OGATA, 2011, p. 02).
Com base no trecho apresentado sobre a evolução dos sistemas de controle, analise as afirmativas a seguir:
I. Podemos tomar como exemplo de sistema de controle SISO um controle de velocidade do ventilador, em que uma única entrada em termos de tensão é fornecida ao sistema, o que, por sua vez, resulta no funcionamento do ventilador.
II. O controle de intensidade de uma lâmpada é caracterizado por um sistema de controle MIMO, pois é preciso que diversas combinações de tensões sejam realizadas para fornecer cada intensidade executada pela lâmpada.
III. Os sistemas de controle MIMO (Multiple Inputs and Multiple Outputs) possuem mais de uma entrada e mais de uma saída. Acionam o controlador do sistema e, em troca, geram múltiplas saídas do sistema controlado.
IV. Um sistema de rádio é um exemplo típico de um sistema de entrada e saída simples. Uma combinação de sinais de entrada é aplicada e transmitida por uma linha para produzir, individualmente, os sinais de tensão na saída.
a. II e III, apenas.
b. II, III e IV, apenas.
c. I, apenas.
d. I, III e IV, apenas.
e. I e III, apenas.

Leia o trecho a seguir: Denominamos sistemas de controle de malha fechada (ou realimentação) aqueles os quais a saída tem um efeito na entrada de tal maneira que esta se ajuste com base na saída. Um sistema poderia ser o sistema de controle de temperatura de um ambiente "medindo-se a temperatura ambiente real e comparando-a com a temperatura de referência (temperatura desejada), o termostato ativa ou desativa o equipamento de aquecimento ou resfriamento (...)", (OGATA, 2010, p. 06).
A partir do texto e dos princípios de sistemas de malha aberta e fechada, assinale a alternativa correta.
a. Um sinal de impulso é uma característica exclusiva dos sistemas de malha aberta, pois não é possível incluir realimentação após esse tipo de sinal.
b. Em um sistema de malha fechada, a retroalimentação sugere a diferença entre entrada e saída, e o controle é baseado em um cálculo simples, não sendo possível a utilização de funções.
c. Os sistemas de malha aberta possuem um cálculo de erro para verificar a diferença entre entrada e saída de sistema.
d. O sinal de distúrbio é verificado apenas em sistemas de malha fechada, uma vez que sistemas de controle de malha aberta são imunes a ruídos e interferências em sua composição.
e. Tratamos sistemas de controle de malha aberta como aqueles em que a ação de controle é totalmente independente da saída do sistema.

De acordo com Souza et al. (2014), a representação genérica de modelos de primeira ordem é dada pela função (I), onde o parâmetro τ é chamado constante de tempo, e K é conhecido como ganho do sistema. O polo da função é s = -1 ⁄ τ.
Dessa forma, associe V para a(s) afirmativa(s) verdadeira(s) e F para a(s) afirmativa(s) falsa(s).
I. ( ) A resposta analítica desse modelo para entrada senoidal é dada por .
II. ( ) A saída do sistema tende a se estabilizar em um valor proporcional à excitação de entrada.
III. ( ) O fator de amortecimento faz parte da representação de modelos de segunda ordem.
IV. ( ) Em geral, modelos de ordem superior podem ser expressados como combinações de 1ª e 2ª ordens.
a. F, V, V, V.
b. F, V, V, F.
c. F, F, V, V.
d. V, V, V, F.
e. V, F, F, V.

Um controlador PID (proporcional, integral e derivativo), que recebe esse nome por conta do tipo de ação de controle utilizado (neste caso, proporcional, integral e derivativa), ganhou grande popularidade no meio industrial por oferecer, em muitas situações, bastante robustez e eficiência.
Além disso, sobre esses tipos de controladores, é correto afirmar que a ação:
a. derivativa pode ser obtida estabelecendo a taxa de variação do erro do sistema.
b. derivativa pode ser obtida pelo cálculo da derivada do erro do controlador.
c. proporcional pode ser obtida calculando a integral do erro do sistema.
d. integral pode ser obtida pelo cálculo da integral da derivada do erro do controlador.
e. proporcional pode ser obtida calculando a derivada proporcional ao erro do sistema.

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A função de transferência a seguir representa um sistema de um tanque, que possui comportamento naturalmente oscilatório e, por isso, precisa ser controlado a partir de um controlador PID (proporcional, integral e derivativo).
Diante dessas informações, constitui uma opção de sintonia do controlador o:
a. método CC.
b. método IMC.
c. método CHR.
d. segundo método de Ziegler-Nichols.
e. primeiro método de Ziegler-Nichols.

Observe o sistema de controle apresentado na imagem a seguir, com sua resposta ao longo do tempo. Deseja-se analisar sua estabilidade, a fim de decidir sobre possíveis modificações que podem ser necessárias no controlador.
Sobre esse sistema, é correto afirmar que se trata de um sistema:
a. instável, pois atinge o regime permanente somente após 20 s.
b. estável, com regime permanente a partir de cerca de 20 s.
c. estável, com regime permanente a partir de cerca de 10 s.
d. estável, com polos de malha fechada localizados no semiplano direito do plano s.
e. instável, com polos de malha fechada localizados no semiplano direito do plano s.

Um projetista de um sistema de controle possui duas opções de controladores para determinado sistema, conforme apresentados na figura a seguir. A partir dessas informações, julgue os itens subsequentes.
Está correto apenas o que se afirma em:
I. O controlador 1 possui como uma das vantagens o baixo custo.
II. A ação de controle do controlador 2 é denominada controle de taxa.
III. Em ambos os casos temos claramente um sistema de malha aberta.
IV. O controlador automático determina o desvio entre a saída e o valor de referência.
a. II, III e IV, apenas.
b. I, II e III, apenas.
c. II e IV, apenas.
d. III, apenas.
e. I e IV, apenas.

O seguinte sistema, visto pela função de transferência adiante, será simulado por meio do uso de um computador, para facilitar, após, o processo de projeto do sistema de controle.
Tendo isso em vista, o que podemos implementar para obter a representação no espaço de estados utilizando o Scilab?
a. sys = ss(A,B,C,D).
b. [A,B,C,D]=tf(sl).
c. [A,B,C,D]=abcd(sl).
d. sys = tf(A,B,C,D).
e. sys = tf(sl).

Os elementos de um sistema de medição, particularmente de sinais biológicos, possuem algumas características que tendem a causar erros nas medições. A respeito de características estáticas ou dinâmicas desses elementos, analise as asserções a seguir e suas relações de causalidade:
Assinale a alternativa correta.
I. A saída do elemento pode ser influenciada por variáveis externas, que podem ser classificadas em entradas modificadoras e de interferência.
II. Entrada modificadora modifica a sensibilidade do elemento, enquanto a de interferência sobrepõe à saída uma certa quantidade indesejável.
a. A asserção I está correta, mas a II está incorreta.
b. As asserções I e II estão corretas, e II é uma justificativa correta da I.
c. A asserção II está correta, mas a I está incorreta.
d. As asserções I e II estão incorretas.
e. As asserções I e II estão corretas, mas não apresentam relação de causalidade.

A estabilidade de um sistema é uma das características mais desejáveis e, por conta disso, é considerada prioridade para o projeto de um controlador PID (proporcional, integral e derivativo), por exemplo. Agora, analise a figura a seguir, de um sistema de controle e sua representação de polos e zeros:
É correto afirmar que se trata de um sistema:
a. marginalmente estável, pois possui polos tanto no semiplano direito quanto no esquerdo do plano s.
b. marginalmente estável, pois não possui polos no eixo imaginário do plano s.
c. instável, pois possui dois polos simétricos no semiplano direito do plano s.
d. estável, pois polos que são simétricos entre si no plano s.
e. estável, pois possui um polo no semiplano esquerdo do plano s.

Leia o trecho a seguir: "À medida que os sistemas modernos, com muitas entradas e saídas, se tornam mais e mais complexos, a descrição de um sistema de controle moderno requer um grande número de equações. A teoria clássica de controle, que trata somente de sistemas com uma entrada e uma saída, tornou-se insuficiente para sistemas com múltiplas entradas e saídas" (OGATA, 2011, p. 02).
Com base no trecho apresentado sobre a evolução dos sistemas de controle, analise as afirmativas a seguir:
I. Podemos tomar como exemplo de sistema de controle SISO um controle de velocidade do ventilador, em que uma única entrada em termos de tensão é fornecida ao sistema, o que, por sua vez, resulta no funcionamento do ventilador.
II. O controle de intensidade de uma lâmpada é caracterizado por um sistema de controle MIMO, pois é preciso que diversas combinações de tensões sejam realizadas para fornecer cada intensidade executada pela lâmpada.
III. Os sistemas de controle MIMO (Multiple Inputs and Multiple Outputs) possuem mais de uma entrada e mais de uma saída. Acionam o controlador do sistema e, em troca, geram múltiplas saídas do sistema controlado.
IV. Um sistema de rádio é um exemplo típico de um sistema de entrada e saída simples. Uma combinação de sinais de entrada é aplicada e transmitida por uma linha para produzir, individualmente, os sinais de tensão na saída.
a. II e III, apenas.
b. II, III e IV, apenas.
c. I, apenas.
d. I, III e IV, apenas.
e. I e III, apenas.

Leia o trecho a seguir: Denominamos sistemas de controle de malha fechada (ou realimentação) aqueles os quais a saída tem um efeito na entrada de tal maneira que esta se ajuste com base na saída. Um sistema poderia ser o sistema de controle de temperatura de um ambiente "medindo-se a temperatura ambiente real e comparando-a com a temperatura de referência (temperatura desejada), o termostato ativa ou desativa o equipamento de aquecimento ou resfriamento (...)", (OGATA, 2010, p. 06).
A partir do texto e dos princípios de sistemas de malha aberta e fechada, assinale a alternativa correta.
a. Um sinal de impulso é uma característica exclusiva dos sistemas de malha aberta, pois não é possível incluir realimentação após esse tipo de sinal.
b. Em um sistema de malha fechada, a retroalimentação sugere a diferença entre entrada e saída, e o controle é baseado em um cálculo simples, não sendo possível a utilização de funções.
c. Os sistemas de malha aberta possuem um cálculo de erro para verificar a diferença entre entrada e saída de sistema.
d. O sinal de distúrbio é verificado apenas em sistemas de malha fechada, uma vez que sistemas de controle de malha aberta são imunes a ruídos e interferências em sua composição.
e. Tratamos sistemas de controle de malha aberta como aqueles em que a ação de controle é totalmente independente da saída do sistema.

De acordo com Souza et al. (2014), a representação genérica de modelos de primeira ordem é dada pela função (I), onde o parâmetro τ é chamado constante de tempo, e K é conhecido como ganho do sistema. O polo da função é s = -1 ⁄ τ.
Dessa forma, associe V para a(s) afirmativa(s) verdadeira(s) e F para a(s) afirmativa(s) falsa(s).
I. ( ) A resposta analítica desse modelo para entrada senoidal é dada por .
II. ( ) A saída do sistema tende a se estabilizar em um valor proporcional à excitação de entrada.
III. ( ) O fator de amortecimento faz parte da representação de modelos de segunda ordem.
IV. ( ) Em geral, modelos de ordem superior podem ser expressados como combinações de 1ª e 2ª ordens.
a. F, V, V, V.
b. F, V, V, F.
c. F, F, V, V.
d. V, V, V, F.
e. V, F, F, V.

Um controlador PID (proporcional, integral e derivativo), que recebe esse nome por conta do tipo de ação de controle utilizado (neste caso, proporcional, integral e derivativa), ganhou grande popularidade no meio industrial por oferecer, em muitas situações, bastante robustez e eficiência.
Além disso, sobre esses tipos de controladores, é correto afirmar que a ação:
a. derivativa pode ser obtida estabelecendo a taxa de variação do erro do sistema.
b. derivativa pode ser obtida pelo cálculo da derivada do erro do controlador.
c. proporcional pode ser obtida calculando a integral do erro do sistema.
d. integral pode ser obtida pelo cálculo da integral da derivada do erro do controlador.
e. proporcional pode ser obtida calculando a derivada proporcional ao erro do sistema.

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