Tipos de Sistemas de Controle | Sistema de Controle Linear e Não Linear
Um sistema de controle é um sistema de dispositivos que gerencia, comanda, dirige ou regula o comportamento de outros dispositivos para alcançar um resultado desejado. Em outras palavras, a definição de um sistema de controle pode ser simplificada como um sistema que controla outros sistemas para atingir um estado desejado. Existem diversos tipos de sistemas de controle, que podem ser amplamente categorizados como sistemas de controle lineares ou sistemas de controle não lineares. Esses tipos de sistemas de controle são discutidos em detalhes abaixo.
Sistemas de Controle Lineares
Para entender o sistema de controle linear, devemos primeiro compreender o princípio da superposição. O princípio do teorema da superposição inclui duas propriedades importantes, que são explicadas abaixo:
Homogeneidade: Um sistema é dito homogêneo, se multiplicarmos a entrada por uma constante A, então a saída também será multiplicada pelo mesmo valor da constante (ou seja, A).
Aditividade: Suponha que temos um sistema S e estamos fornecendo a entrada para este sistema como a1 pela primeira vez e estamos obtendo a saída como b1 correspondente à entrada a1. Na segunda vez, estamos fornecendo a entrada a2 e, correspondente a isso, estamos obtendo a saída como b2.
Agora, suponha que desta vez estamos fornecendo a entrada como a soma das entradas anteriores (ou seja, a1 + a2) e, correspondente a essa entrada, suponha que estamos obtendo a saída como (b1 + b2), então podemos dizer que o sistema S está seguindo a propriedade de aditividade. Agora somos capazes de definir os sistemas de controle lineares como aqueles tipos de sistemas de controle que seguem o princípio de homogeneidade e aditividade.
Exemplos de Sistema de Controle Linear
Considere uma rede puramente resistiva com uma fonte DC constante. Este circuito segue o princípio de homogeneidade e aditividade. Todos os efeitos indesejados são negligenciados e, assumindo o comportamento ideal de cada elemento na rede, dizemos que obteremos características lineares de tensão e corrente. Este é um exemplo de um sistema de controle linear.
Sistemas de Controle Não Lineares
Podemos simplesmente definir um sistema de controle não linear como um sistema de controle que não segue o princípio de homogeneidade. Na vida real, todos os sistemas de controle são sistemas não lineares (sistemas de controle lineares existem apenas em teoria). A função descritiva é um procedimento aproximado para analisar certos problemas de controle não lineares.
Exemplos de Sistema Não Linear
Um exemplo bem conhecido de um sistema não linear é a curva de magnetização ou curva sem carga de uma máquina CC. Discutiremos brevemente a curva sem carga de máquinas CC aqui: A curva sem carga nos dá a relação entre o fluxo no arco de ar e o mmf da bobina de campo. É muito claro a partir da curva abaixo que, no início, há uma relação linear entre o mmf da bobina e o fluxo no arco de ar, mas depois disso, ocorre a saturação, que mostra o comportamento não linear da curva ou das características do sistema de controle não linear.
Sistema Analógico ou Contínuo
Nesses tipos de sistemas de controle, temos um sinal contínuo como entrada para o sistema. Esses sinais são funções contínuas do tempo. Podemos ter diversas fontes de sinal de entrada contínuo, como fonte de sinal senoidal, fonte de sinal quadrado; o sinal pode estar na forma de triângulo contínuo, etc.
Sistema Digital ou Discreto
Nesses tipos de sistemas de controle, temos um sinal discreto (ou o sinal pode estar na forma de pulso) como entrada para o sistema. Esses sinais têm um intervalo de tempo discreto. Podemos converter diversas fontes de sinal de entrada contínuo, como fonte de sinal senoidal, fonte de sinal quadrado, etc., em uma forma discreta usando um interruptor.
Agora, existem várias vantagens dos sistemas discretos ou digitais sobre os sistemas analógicos, e essas vantagens estão escritas abaixo:
Sistemas digitais podem lidar com sistemas de controle não lineares mais efetivamente do que os sistemas do tipo analógico.
O requisito de potência no caso de um sistema discreto ou digital é menor em comparação com os sistemas analógicos.
O sistema digital tem uma taxa de precisão mais alta e pode realizar diversos cálculos complexos facilmente em comparação com os sistemas analógicos.
A confiabilidade do sistema digital é maior em comparação com o sistema analógico. Eles também têm tamanho pequeno e compacto.
O sistema digital funciona com operações lógicas, o que aumenta sua precisão muitas vezes.
As perdas no caso de sistemas discretos são menores em comparação com os sistemas analógicos, em geral.
Sistemas de Entrada Única e Saída Única
Esses também são conhecidos como sistemas SISO. Nesse, o sistema tem uma única entrada para uma única saída. Vários exemplos desse tipo de sistema podem incluir controle de temperatura, sistema de controle de posição, etc.
Sistemas de Múltiplas Entradas e Múltiplas Saídas
Esses também são conhecidos como sistemas MIMO. Nesse, o sistema tem múltiplas saídas para múltiplas entradas. Vários exemplos desse tipo de sistema podem incluir sistemas do tipo PLC, etc.
Sistema de Parâmetros Concentrados
Nesses tipos de sistemas de controle, os vários componentes ativos e passivos são assumidos como concentrados em um ponto, e é por isso que são chamados de sistemas de parâmetros concentrados. A análise desse tipo de sistema é muito fácil, incluindo equações diferenciais.
Sistema de Parâmetros Distribuídos
Nesses tipos de sistemas de controle, os vários parâmetros ativos (como indutores e capacitores) e passivos (resistores) são assumidos como distribuídos uniformemente ao longo do comprimento, e é por isso que são chamados de sistemas de parâmetros
