Configuração de Sistemas

Sistemas em Malha Aberta

Um sistema em malha aberta genérico é mostrado na Figura 4. Ele começa com um subsistema chamado de transdutor de entrada, o qual converte a forma da entrada para aquela utilizada pelo controlador. O controlador aciona um processo ou uma planta. A entrada algumas vezes é chamada de referência, enquanto a saída pode ser chamada de variável controlada. Outros sinais, como as perturbações, são mostrados adicionados às saídas do controlador e do processo através de junções de soma, as quais fornecem a soma algébrica dos seus sinais de entrada utilizando os sinais associados. Por exemplo, a planta pode ser uma fornalha ou um sistema de ar-condicionado, no qual a variável de saída é a temperatura. O controlador em um sistema de aquecimento consiste em válvulas de combustível e no sistema elétrico que opera as válvulas.

A característica distintiva de um sistema em malha aberta é que ele não pode realizar compensações para quaisquer perturbações que sejam adicionadas ao sinal de acionamento do controlador (Perturbação 1 na Figura 4(a)). Por exemplo, se o controlador for um amplificador eletrônico e a Perturbação 1 for um ruído, então qualquer ruído aditivo do amplificador na primeira junção de soma também acionará o processo, corrompendo a saída com o efeito do ruído. A saída de um sistema em malha aberta é corrompida não apenas por sinais que são adicionados aos comandos do controlador, mas também por perturbações na saída (Perturbação 2 na Figura 4(a)). O sistema também não pode realizar correções para essas perturbações.

Sistemas em malha aberta, então, não efetuam correções por causa das perturbações e são comandados simplesmente pela entrada.

Sistemas em Malha Fechada (Controle com Realimentação - Feedback)

As desvantagens dos sistemas em malha aberta, como a sensibilidade às perturbações e a falta de habilidade para corrigir seus efeitos, podem ser superadas nos sistemas em malha fechada. A arquitetura genérica de um sistema em malha fechada é mostrada na Figura 4(b).

O transdutor de entrada converte a forma da entrada para a forma utilizada pelo controlador. Um transdutor de saída, ou sensor, mede a resposta da saída e a converte para a forma utilizada pelo controlador. Por exemplo, se o controlador utiliza sinais elétricos para operar as válvulas de um sistema de controle de temperatura, a posição de entrada e a temperatura de saída são convertidas em sinais elétricos. A posição de entrada pode ser convertida em uma tensão por meio de um potenciômetro, um resistor regulável, e a temperatura de saída pode ser convertida em uma tensão por meio de um termistor, um dispositivo cuja resistência elétrica varia com a temperatura.

A primeira junção de soma adiciona algebricamente o sinal de entrada ao sinal de saída, que chega através da malha de realimentação, o caminho de retorno da saída para a junção de soma. Na Figura 4(b), o sinal de saída é subtraído do sinal de entrada. O resultado, geralmente, é chamado de sinal de atuação. Entretanto, nos sistemas em que ambos os transdutores, de entrada e da saída, possuem ganho unitário (isto é, o transdutor amplifica sua entrada por um fator igual a 1), o valor do sinal de atuação é igual à diferença real entre a entrada e a saída. Nessas condições, o sinal de atuação é chamado de erro.

O sistema em malha fechada compensa o efeito das perturbações medindo a resposta da saída, realimentando essa medida através da malha de realimentação e comparando essa resposta com a entrada na junção de soma. Se existir qualquer diferença entre as duas respostas, o sistema aciona a planta, através do sinal de atuação, para fazer uma correção. Se não há diferença, o sistema não aciona a planta, uma vez que a resposta da planta já é a resposta desejada.

Assim, os sistemas em malha fechada possuem a vantagem óbvia de apresentar uma exatidão maior que os sistemas em malha aberta. Eles são menos sensíveis a ruídos, perturbações e alterações do ambiente. A resposta transitória e os erros em regime permanente podem ser controlados de modo mais conveniente e com maior flexibilidade nos sistemas em malha fechada, frequentemente pelo simples ajuste de um ganho (amplificação) na malha e, algumas vezes, ajustando-se o projeto do controlador. Referimo-nos ao ajuste de projeto como compensação do sistema e ao dispositivo resultante como compensador. Por outro lado, os sistemas em malha fechada são mais complexos e mais caros que sistemas em malha aberta.

De modo geral, a maneira tradicional de se controlar um processo é medir a variável a ser controlada, comparar seu valor com o valor de referência, ou set point do controlador, e alimentar a diferença, o erro, em um controlador que mudará a variável manipulada de modo a levar a variável medida (controlada) ao valor desejado. Nesse caso, a informação foi realimentada da saída, subtraída do valor de referência para, então, alterar a variável manipulada de entrada. Uma representação mais simplificada desse procedimento é apresentada através de diagrama de blocos na Figura 5.