Sistemas de Controle: O que são eles? (Exemplos de Sistemas de Controle em Malha Aberta e Malha Fechada)

O que é um Sistema de Controle?

Um sistema de controle é definido como um sistema de dispositivos que gerencia, comanda, dirige ou regula o comportamento de outros dispositivos ou sistemas para alcançar um resultado desejado. Um sistema de controle alcança isso por meio de loops de controle, que são um processo projetado para manter uma variável de processo em um ponto de ajuste desejado.

Em outras palavras, a definição de um sistema de controle pode ser simplificada como um sistema que controla outros sistemas. À medida que a civilização humana se moderniza dia após dia, a demanda por automação também aumenta. A automação requer controle sobre sistemas de dispositivos interativos.

Nos últimos anos, os sistemas de controle desempenharam um papel central no desenvolvimento e avanço da tecnologia e civilização modernas. Praticamente todos os aspectos de nossa vida cotidiana são afetados, mais ou menos, por algum tipo de sistema de controle.

Exemplos de sistemas de controle em sua vida cotidiana incluem um ar condicionado, uma geladeira, um ar condicionado, um tanque de vaso sanitário, um ferro automático e muitos processos dentro de um carro – como o controle de cruzeiro.

Em ambientes industriais, encontramos sistemas de controle no controle de qualidade de produtos, sistemas de armas, sistemas de transporte, sistemas de energia, tecnologia espacial, robótica e muito mais.

Os princípios da teoria de controle são aplicáveis tanto a campos de engenharia quanto não-engenharia. Você pode aprender mais sobre sistemas de controle estudando nossos MCQs de sistema de controle.

Características de um Sistema de Controle

A principal característica de um sistema de controle é que deve haver uma relação matemática clara entre a entrada e a saída do sistema.

Quando a relação entre a entrada e a saída do sistema pode ser representada por uma proporcionalidade linear, o sistema é chamado de sistema de controle linear.

Novamente, quando a relação entre a entrada e a saída não pode ser representada por uma única proporcionalidade linear, mas sim a entrada e a saída estão relacionadas por alguma relação não-linear, o sistema é referido como um sistema de controle não-linear.

Requisitos de um Bom Sistema de Controle

Precisão: A precisão é a tolerância de medição do instrumento e define os limites dos erros cometidos quando o instrumento é usado em condições de operação normais.

A precisão pode ser melhorada usando elementos de feedback. Para aumentar a precisão de qualquer sistema de controle, deve haver um detector de erro presente no sistema de controle.

Sensibilidade: Os parâmetros de um sistema de controle estão sempre mudando com a mudança nas condições circundantes, perturbações internas ou quaisquer outros parâmetros.

Essa mudança pode ser expressa em termos de sensibilidade. Qualquer sistema de controle deve ser insensível a tais parâmetros, mas sensível apenas aos sinais de entrada.

Ruído: Um sinal de entrada indesejado é conhecido como ruído. Um bom sistema de controle deve ser capaz de reduzir o efeito do ruído para melhor desempenho.

Estabilidade: É uma característica importante do sistema de controle. Para um sinal de entrada limitado, a saída deve ser limitada e, se a entrada for zero, a saída deve ser zero, então tal sistema de controle é considerado estável.

Largura de banda: A faixa de frequência de operação decide a largura de banda do sistema de controle. A largura de banda deve ser tão grande quanto possível para a resposta em frequência de um bom sistema de controle.

Velocidade: É o tempo necessário para o sistema de controle atingir sua saída estável. Um bom sistema de controle possui alta velocidade. O período transitório para tal sistema é muito pequeno.

Oscilação: Um pequeno número de oscilações ou oscilações constantes na saída tende a indicar que o sistema é estável.

Tipos de Sistemas de Controle

Existem vários tipos de sistemas de controle, mas todos eles são criados para controlar saídas. O sistema usado para controlar a posição, velocidade, aceleração, temperatura, pressão, tensão, corrente, etc., são exemplos de sistemas de controle.

Vamos tomar o exemplo de um simples controlador de temperatura de uma sala, para esclarecer o conceito. Suponha que haja um elemento de aquecimento simples, que é aquecido enquanto o fornecimento de energia elétrica estiver ligado.

Enquanto o interruptor de fornecimento de energia do aquecedor estiver ligado, a temperatura da sala aumenta e, após atingir a temperatura desejada da sala, o fornecimento de energia é desligado.

Novamente, devido à temperatura ambiente, a temperatura da sala cai, e então o elemento de aquecimento é ligado manualmente para atingir novamente a temperatura desejada da sala. Dessa forma, pode-se controlar manualmente a temperatura da sala no nível desejado. Este é um exemplo de um sistema de controle manual.

Este sistema pode ser ainda mais aprimorado usando um arranjo de chaveamento temporizado do fornecimento de energia, onde o fornecimento ao elemento de aquecimento é ligado e desligado em intervalos pré-determinados para atingir o nível de temperatura desejado da sala.

Há outra maneira aprimorada de controlar a temperatura da sala. Aqui, um sensor