Autores e Biografia

Normey-Rico, Julio Elias (Autor), Morato, Marcelo Menezes (Autor), Katayama, Maurício (Revisor)

Sumário

1 Introdução


I Processos e sistemas


2 Processos
2.1 Introdução
2.1.1 Diagrama de blocos
2.2 Controle de processos?
2.3 Entendendo o controle de processos
2.3.1 Exemplos de processos e suas variáveis
2.3.2 Processos monovariáveis e multivariáveis
2.3.3 Controle em malha fechada manual e automático
2.4 Comentários finais
2.5 Leitura complementar


3 Sinais e sistemas
3.1 Sinais, sistemas e modelos
3.2 Modelos e diagramas
3.3 Sinais: representação e utilização
3.3.1 Sinal degrau
3.3.2 Sinal rampa
3.3.3 Sinal pulso unitário
3.3.4 Sinais senoidais
3.3.5 Sinal discreto de potenciação
3.3.6 Sinal exponencial
3.4 Sinais: energia
3.5 Sinais: operações e transformações
3.5.1 Amostragem
3.5.2 Interpolação
3.5.3 Processamento digital
3.6 Comentários finais
3.7 Leitura complementar


4 Propriedades de sistemas
4.1 Classificação de sistemas
4.2 Sistemas contínuos e discretos
4.3 Sistemas causais e não causais
4.4 Sistemas invariantes e variantes no tempo
4.5 Sistemas lineares
4.6 Estabilidade de sistemas
4.7 Comentários finais
4.8 Leitura complementar


II Modelos e respostas no tempo


5 Modelagem
5.1 Princípios básicos da modelagem
5.2 Exemplos de modelagem de processos contínuos
5.3 Exemplos de modelagem de sistemas discretos
5.4 Análise de processos: modelos estáticos e dinâmicos
5.4.1 Regime transitório e regime permanente
5.5 Simulação de processos
5.6 Ajuste de modelos a partir de dados experimentais
5.7 Modelos lineares aproximados de sistemas não lineares
5.7.1 Um exemplo motivador
5.7.2 Aproximação de Taylor de primeira ordem para modelos dinâmicos
5.7.3 Caso discreto
5.8 Comentários finais
5.9 Leitura complementar


6 Resposta no tempo de sistemas lineares de primeira ordem
6.1 Abordagem intuitiva
6.2 Sistemas contínuos
6.2.1 Equação diferencial ordinária
6.2.2 Solução da EDO: casos estável e instável
6.2.3 Solução da EDO: caso integrador
6.3 Sistemas discretos
6.3.1 Solução da EaD
6.3.2 Casos para a solução da EaD: estável, instável e integrador
6.4 Resposta de sistemas amostrados
6.5 Comentários finais
6.6 Leitura complementar


7 Fechando a malha: controle por realimentação de saída
7.1 Os objetivos do controle de processos
7.2 Os sistemas de controle (do nível 1)
7.3 Controle em malha aberta e malha fechada
7.3.1 Requisitos de operação
7.3.2 Modelos aproximados com atraso de transporte
7.3.3 Aspectos práticos
7.4 Estratégias de controle em malha fechada clássicas
7.5 Comentários finais
7.6 Leitura complementar


III Controle de processos


8 Controle on-off
8.1 Ideia básica
8.2 Implementação
8.2.1 Processos com ganho positivo
8.2.2 Processos com ganho negativo
8.2.3 Implementação prática com relés
8.2.4 Controle on-off com relés
8.3 Resposta da regulação on-off
8.3.1 Caso contínuo
8.3.2 Caso discreto
8.4 Análise do caso com perturbações
8.5 Comentários finais


9 Controle proporcional (P)
9.1 Ideia básica
9.2 Implementação do controle proporcional
9.2.1 Implementação eletrônica analógica e digital
9.3 Alguns exemplos intuitivos
9.4 A solução em malha fechada: caso estável
9.4.1 Caso contínuo
9.4.2 Caso discreto
9.5 Processos instáveis e integradores
9.5.1 Processos contínuos instáveis
9.5.2 Processos contínuos integradores
9.5.3 Processos discretos
9.6 O sinal de BIAS
9.6.1 Controle de tanque pulmão
9.6.2 BIAS automático
9.7 Comentários finais


10 Controle proporcional-integral (PI)
10.1 Ideia básica
10.2 A ação integral: um exemplo motivador
10.3 Controle integral
10.3.1 Controle integral e regime permanente
10.3.2 Ajuste do controle integral e regime transitório
10.3.3 Controle proporcional-integral: soma ponderada de ações
10.3.4 Ação I: um BIAS automático?
10.4 Implementação do controle PI
10.4.1 Implementação analógica
10.4.2 Implementação digital
10.5 Ajuste do controlador proporcional-integral
10.5.1 Ajustes básicos para processos sem atraso
10.5.2 Método de ajuste de Ziegler-Nichols
10.5.3 Método de ajuste de Skogestad
10.6 Comentários finais


11 Controle PI: aspectos práticos
11.1 Caso de estudo: piloto automático de um carro para controle de velocidade
11.2 Caso de estudo: controle de um fermentador de etanol
11.3 Controle PI com ponderação da referência
11.4 Modos de operação: manual e automático
11.5 Controle PI com saturação da ação de controle
11.5.1 O efeito do acúmulo da ação integral
11.5.2 Anti-windup digital
11.5.3 Anti-windup analógico
11.6 Comentários finais


12 Controle proporcional-integral-derivativo (PID)
12.1 A ação derivativa: predizendo o futuro
12.2 Controladores PID e suas configurações
12.3 Sintonia de controladores PID
12.3.1 Método de sintonia de Ziegler-Nichols em malha aberta
12.3.2 Método de ajuste de Ziegler-Nichols em malha fechada
12.3.3 Método de ajuste de PID-IMC
12.4 Implementação de controladores PID
12.4.1 Implementação analógica de controladores PID
12.4.2 Implementação digital de controladores PID
12.5 Medição ruidosa
12.5.1 O efeito do ruído de medição
12.5.2 Filtro de medição
12.5.3 Implementação do filtro de medição
12.5.4 O uso de filtros de ruído no controle PID
12.6 Controle antecipativo
12.7 Comentários finais


13 Controle avançado: noções básicas de otimização e robustez
13.1 Planejamento do processo de produção
13.2 Otimização
13.3 Incerteza de modelagem
13.3.1 Controle proporcional robusto
13.3.2 Robustez da ação integral
13.4 Controle linear a parâmetros variantes (LPV)
13.5 Comentários finais
13.6 Leitura complementar


A Problemas e soluções
A.1 Problema 1
A.1.1 Resolução
A.2 Problema 2
A.2.1 Resolução
A.3 Problema 3
A.3.1 Resolução
A.4 Problema 4
A.4.1 Resolução
A.5 Problema 5
A.5.1 Resolução


B Bancada experimental: controle de velocidade de um motor DC
B.1 Kit experimental
B.2 Modulação PWM
B.3 Circuito eletrônico
B.4 Tutorial de comunicação com Arduino


C Simuladores de processos


Lista de figuras