Pratique 1 CONTROLE DE SISTEMAS

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REPRESENTAÇÃO DE UM
SISTEMA DE CONTROLE
Introdução
Olá, estudante!
Este é o momento em que você colocará a mão na massa. Na proposta abaixo, você
será convidado(a) a realizar uma atividade prática aplicando os conteúdos estudados
até aqui. Você irá desenvolver habilidades e competências importantes para seu
desenvolvimento profissional. Preparado(a)?
Antes de iniciar, veja, a seguir, as habilidades contempladas nessa atividade prática:
compreender a representação matemática dos sistemas de controle em
diagrama de blocos;
diferenciar sistemas de malha aberta e malha fechada.
Ao longo de seus estudos na unidade, você percebeu que existem duas
configurações principais para o desenvolvimento de um dado sistema de controle,
independentemente do contexto prático de utilização deste, certo? Assim, podemos
utilizar um sistema em malha aberta ou em malha fechada. Ambos têm vantagens e
desvantagens, sendo esta escolha pautada em questões práticas do próprio sistema
a ser controlado e também, é claro, considerando a experiência do(a) profissional
envolvido. Leia, a seguir, o estudo de caso e tente entender um pouco desta realidade
na prática.
Alice é engenheira de controle e automação e foi escalada para trabalhar no
comissionamento de uma nova planta industrial em uma empresa de produção de
minério de ferro. Mais precisamente, Alice foi orientada para atuar no
desenvolvimento de um sistema de controle para a seguinte peneira vibratória, que
funciona acionada por um motor trifásico que opera em corrente contínua:
Figura 1 - Peneira vibratória
Fonte: nordroden / 123RF
#PraCegoVer: a foto apresenta uma peneira vibratória, na qual há minério de ferro
circulando e um sistema de irrigação. Aparecem as laterais da peneira e o motor na parte
superior à esquerda.
O primeiro passo feito pela engenheira foi obter um modelo matemático para
representação do equipamento a ser controlado. Após análise, Alice concluiu que a
seguinte função de transferência caracteriza este tipo de sistema:
A
G (s)
=
τs + 1s + 1
com A sendo um possível ganho a ser ajustado do sistema controlado, e a constante
de tempo desse sistema. Esse tipo de função ajusta-se bem para o controle de nível
de água e, dadas as características de funcionamento da peneira, que opera com a
água, Alice percebeu que esse pode ser um possível caminho. Em seguida, será
necessário decidir sobre qual estratégia de controle deve ser utilizada: estabelecer
um sistema em malha aberta ou um sistema em malha fechada, com realimentação.
VAMOS PRATICAR
Conhecendo, então, esse sistema na prática, apresente como você representaria o sistema
de controle e o processo citado graficamente, se você estivesse no lugar dessa
profissional. Ao final disponibilize seu trabalho no fórum da seção.
Caro estudante,
Em geral, um sistema em malha aberta tende a permitir que o sistema controlado tenha maior 
sensibilidade a possíveis perturbações que possam ocorrer externamente, entretanto, por outro lado, um 
sistema em malha fechada pode tender, em certos casos, a produzir oscilações na resposta ao tentar 
corrigir o erro entre a resposta desejável e o que se obtém, na prática, na saída. No geral, a configuração 
em malha fechada será uma boa opção, mas é possível realizar alguns testes em malha aberta, pois pode
ser que esses possíveis distúrbios não sejam suficientes para modificar efetivamente a saída do sistema. 
Na figura a seguir, é possível visualizar um sistema genérico configurado em malha aberta e esse mesmo 
em malha fechada:
 
 
Figura 2 - Configuração em malha aberta e em malha fechada
Fonte: Adaptada de Nise (2017).
#PraCegoVer: na parte superior da imagem tem-se o diagrama de blocos de um sistema em malha aberta, com 
a entrada, ou referência, conectada a um bloco transdutor de entrada, seguida pelo bloco do controlador, que 
está conectado ao bloco que representa o processo ou planta. Entretanto, antes deste último, há uma junção de
soma com a representação da entrada do distúrbio 1. Após o processo, há uma nova junção de soma com a 
entrada do distúrbio 2 e em seguida tem-se a saída ou variável controlada. Na parte de baixo da imagem, tem-
se o diagrama de blocos de um sistema em malha fechada, com a entrada, ou referência, seguida pelo bloco do
transdutor de entrada, conectado a uma junção de soma, a partir da qual, à direita, tem-se o bloco controlador. 
O bloco está ligado a outra junção de soma com a entrada da perturbação 1, conectado ao bloco do processo, 
ou planta, seguido por outra junção de soma com a entrada da perturbação 2 e a saída ou variável controlada. 
Além disso, a saída está conectada à entrada do controlador pela primeira junção de soma, através do bloco 
transdutor de saída ou sensor e gera na saída desta junção o erro ou sinal de atuação. 
Dito isso, um ponto de partida que frequentemente utilizamos para auxiliar na escolha acerca de qual deve
ser o tipo de sistema de controle a ser utilizado é analisar o erro com o sistema já estabilizado, por 
exemplo. Esse valor será obtido atrelando-se a um dado valor para o ganho A, de maneira a atuar 
minimizando esse erro, dada a configuração em malha fechada.
Ademais, um dos critérios para escolha entre um sistema em malha aberta ou em malha fechada aqui, 
nesse caso, é também considerar possíveis estratégias que poderiam ser utilizadas para estabelecer a 
malha de realimentação. O que isso significa? Bem, caso o uso de um tacômetro, sensor para medição de
velocidade, seja o suficiente, sendo esse um elemento relativamente barato, pode ser fácil de se 
estabelecer a realimentação. Veja, novamente, que a experiência do profissional pode auxiliar no 
entendimento de que um elemento como esse seria ou não viável, ou se é possível associá-lo a uma rede 
industrial e, assim, fazer o controle através de um controlador lógico programável, por exemplo.
Resposta
Usando um sistema de malha fechada, onde o controle aplicado será com realimentação, sendo:
Entrada: Sinal de referência;
Controlador: Dispositivo que ajusta a ação de controle baseada no erro;
Sistema G(s): Peneira vibratória;
Sensor: Mede a saída do sistema e realimenta para o comparador;
Erro: Diferença entre a entrada desejada e a saída real;
Comparador: Compara a saída com a entrada desejada.