Objetivos Principais da Análise e do Projeto de Sistemas

• Produzir a resposta transitória desejada.
• Reduzir o erro em regime permanente.
• Alcançar a estabilidade.

A análise é o processo através do qual o desempenho de um sistema é determinado. Por exemplo, a resposta transitória e o erro em regime permanente são avaliados para determinar se eles atendem às especificações desejadas. O projeto é o processo pelo qual o desempenho de um sistema é criado ou alterado. Por exemplo, se a resposta transitória e o erro em regime permanente de um sistema forem analisados e descobrirmos que eles não atendem às especificações, então, mudamos os parâmetros ou adicionamos componentes para atender às especificações.

Um sistema de controle é dinâmico: ele responde a uma entrada apresentando uma resposta transitória antes de atingir uma resposta em regime permanente que, geralmente, se parece com a entrada.

• Resposta Transitória

  A resposta transitória é importante. No caso de um elevador, uma resposta transitória lenta deixa os passageiros impacientes, enquanto uma resposta excessivamente rápida deixa-os desconfortáveis. Caso o elevador oscile em trono do andar desejado por mais de um segundo, pode-se ter uma sensação desconfortante. A resposta transitória também é importante por razões estruturais: uma resposta transitória muito rápida pode causar danos físicos permanentes.

  É sempre comum estabelecermos definições quantitativas para a resposta transitória. Então analisamos o sistema e sua resposta transitória existente. Finalmente, ajustamos os parâmetros ou componentes de projeto para produzir uma resposta transitória desejada.

• Resposta em Regime Permanente

  Essa resposta se assemelha à entrada, e é geralmente o que permanece depois que os transitórios tenham decaído a zero. Por exemplo, essa resposta pode ser um elevador parado próximo ao quarto andar. Nós estamos interessados na exatidão da resposta em regime permanente. Um elevador deve ficar suficientemente nivelado com o andar para que os passageiros possam sair. Definimos os erros em regime permanente quantitativamente, analisamos o erro em regime permanente de um sistema e, então, projetamos uma ação corretiva para reduzi-lo.

• Estabilidade

  A discussão da resposta transitória e do erro em regime permanente é irrelevante se o sistema não tiver estabilidade. A instabilidade poderia levar à autodestruição do dispositivo físico, caso limitadores não façam parte do projeto. Por exemplo, o elevador poderia colidir com o piso ou sair pelo telhado. Um gráfico em função do tempo de um sistema instável mostraria uma resposta transitória que cresce sem limites e sem qualquer evidência de uma resposta em regime permanente. A Figura 6 mostra dois exemplos: para um sistema estável e instável, respectivamente.

Os sistemas de controle devem ser projetados para serem estáveis. Caso o sistema seja estável, as características adequadas de resposta transitória e erro em regime permanente podem ser projetadas.

Como pode ser visto na Figura 6(b), um processo é instável se sua saída ficar cada vez maior. Num sistema real sempre haverá um limite para as oscilações porque existirá alguma restrição física, como uma válvula que ficará totalmente aberta ou fechada.

A maioria dos processos é estável em malha aberta, quando não existem controladores no sistema. Todos os processos reais podem ser transformados em instáveis em malha fechada, com controlador à realimentação. Dessa forma, a estabilidade constitui uma preocupação vital nos sistemas de controle baseados em realimentação.