O Que São Sistemas de Controle?
Sistemas de Controle, o terror de muitos alunos de engenharia, que só de ouvirem já saem correndo, se você é um destes, não corra, fica por aqui que vamos tentar explicar um pouco sobre este assunto que para mim e para muitos, é incrivelmente fascinante. Vamos lá!
Um sistema de controle se destina a controlar ou regular algum processo físico. É um sistema que recebe uma entrada, faz o processamento e gera uma saída que é usada para regular o processo. Desde termostatos simples que medem a temperatura de uma sala até sistemas sofisticados que gerenciam o voo de uma aeronave, mas são sistemas que possuem uma imensa gama de aplicações.
Um sistema é composto por várias parte que cooperam para atingir um objetivo. Todos os sistemas de controle, desde os mais básicos aos mais complexos, podem ser categorizados em sistema de malha aberta e de malha fechada.
Sistema de Malha Aberta
Um sistema de controle de malha aberta é um tipo de sistema no qual a saída não é realimentada para a entrada. Um exemplo de sistema de malha aberta é o sistema de controle de um refrigerador, pois a geladeira possui um termostato ajustado para uma determinada temperatura, quando a temperatura dentro do refrigerador ultrapassa a temperatura definida, o termostato liga o compressor que funciona por um determinado tempo independente da temperatura dentro do refrigerador, em seguida o compressor desliga. Este processo se repete com o compressor ligando e desligando em intervalos regulares, até que a temperatura dentro do refrigerador atinja a temperatura definida.
Sistema de Malha Fechada
No sistema de malha fechada, a saída é utilizada para ajustar a entrada. Um exemplo de controle de circuito fechado é o sistema de controle de cruzeiro de um carro que é um sistema que mantém a velocidade constante ajustando a posição do acelerador. O sistema funciona através de um sensor de velocidade para medir a velocidade de corro e um controlador para ajustar a posição do acelerador. Se a velocidade ficar abaixo do valor definido, o controlador aumenta a posição do acelerador para aumentar a velocidade, caso a velocidade ultrapasse o valor definido, o controlador diminui a posição do acelerador para reduzir a velocidade. Este processo continua até que o sistema de controle de cruzeiro seja desligado pelo motorista.
Controlador PID
O controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) é um dos métodos mais populares de controle. Este controlador é basicamente a combinação de três controladores diferentes, cada um com suas vantagens e desvantagens. O controlador proporcional ajusta a saída do sistema proporcionalmente ao erro entre a saída desejada e a saída real, controlador integral ajusta a saída do sistema com base no erro acumulado ao longo do tempo e o controlador derivativo ajusta a saída do sistema com base na taxa de variação do erro.
Controle de Espaço de Estados
É um tipo de sistema de controle que utiliza variáveis de estado para explicar o comportamento de um sistema. Os estados internos dos sistemas representados pelas variáveis de estado incluem posição, velocidade e aceleração de um objeto em movimento. São combinadas para formar um vetor de estado que representa o estado atual do sistema. A entrada é alterada como resultado do cálculo da saída usando o vetor de estado, este tipo de controle é amplamente utilizado na indústria como base para modelagem e gerenciamento de sistemas complexos, pois é robusto e flexível.
Sistemas de Controle Aplicados na Robótica
Os engenheiros projetam e desenvolvem sistemas de controle para robôs usando em diversas indústrias. São criados algoritmos de controle sofisticados que permitem aos robôs realizarem tarefas difíceis, como detecção de objetos, planejamento de movimentos e rastreamento de trajetória. Também se concentram no desenvolvimento de sistemas de controle de feedback que fornecem estabilidade e precisão para realizar as tarefas.
Sistemas de Controle na Indústria Aeroespacial
Os engenheiros desenvolvem os sistemas de navegação e controle de voo, assim como outros sistemas que permitem que a aeronave opere com segurança e confiabilidade. Também podem desenvolver os sistemas de controle de voo autônomo com o auxílio de algoritmos de Machine Learning, que também são aplicados tanto para satélites quanto para veículos aéreos não tripulados.
Sistemas de Controle na Indústria Automotiva
Na indústria automotiva os engenheiros trabalham no desenvolvimento de sistemas de controle para veículos, na criação de algoritmos para sistemas de freios, transmissão e motor. Também são desenvolvidos carros autônomos com a ajuda da inteligência artificial, de veículos híbridos e elétricos que requerem sistemas complexos para o controle do motor elétrico e gerenciamento de baterias.
Controle Ideal
A melhor entrada para um sistema que minimiza uma função de custo é encontrada usando um sensor de sistema ótimo, que é um tipo de sistema de controle. Esta é a entrada ideal, pois é a função de custo que serve como indicador do desenvolvimento do sistema. Vários campos, como economia, robótica e indústria aeroespacial utilizam o controle ideal. O controlador PID e o controle de espaço de estados utilizam controle ideal. O controlador PID é ajustado para a entrada do sistema e o controle de espaço de estados modela o comportamento do sistema, com esses dois sistemas combinados, é possível desenvolver outros sistemas de controle altamente eficazes e eficientes.
Fonte:
OGATA, K. Engenharia de controle moderno. 5a Edição. [S.l.]: Pearson, 2010. ISBN 978-85-7605-810-6.