Em malhas de controle de nível e vazão, a dinâmica do conjunto válvula-tubulação-tanque costuma introduzir atrasos e polos dominantes que reduzem a robustez. Quando se moderniza a instrumentação e a automação, é comum revisar a compensação para melhorar estabilidade e resposta a perturbações (golpes de aríete, variações de demanda). A análise em frequência via Bode permite ajustar margem de fase e largura de banda sem amplificar ruído de medição. Compensadores do tipo avanço/atraso e redes PID equivalentes são aplicados para atender simultaneamente tempo de acomodação e sobressinal. O engenheiro eletricista deve correlacionar polos/zeros inseridos com ganho, fase e atenuação de alta frequência. Diante do exposto, relacione adequadamente as colunas a seguir:

A sequência está correta em

Em um sistema de automação industrial baseado na arquitetura em pirâmide (ISA-95), uma indústria pretende integrar o chão de fábrica ao sistema corporativo para permitir monitoramento em tempo real da produção, rastreabilidade dos processos e otimização da tomada de decisão. Nesse contexto, sobre os diferentes níveis da automação industrial, assinale a afirmativa correta.

Em um sistema de automação industrial, um Controlador Lógico Programável (CLP) é responsável pelo controle de uma linha de produção composta por sensores, atuadores e uma Interface Homem-Máquina (IHM). Considerando a arquitetura típica desses sistemas e os princípios de controle industrial, assinale a alternativa correta. 

Considere o diagrama de componentes principais que compõem um sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) mostrado na Figura 12, que ilustra a conexão entre o Operador, a Interface Homem-Máquina (HMI/IHM), a Unidade Terminal Mestra (MTU) e múltiplas Unidades Terminais Remotas (RTUs) via rádio ou linha física.

Figura 12 – Diagrama ilustrativo dos componentes que fazem parte do sistema SCADA.  

Com base na disposição e função desses elementos, assinale a alternativa correta.

Em uma atividade prática de Controle de Sistemas, um docente utiliza um sistema de posicionamento eletromecânico para demonstrar o projeto de controladores por realimentação de estados. A dinâmica linearizada do sistema, em torno de um ponto de operação, é representada no espaço de estados por:

ẋ = Ax + Bu,

em que:

Em seguida, adotou-se um controlador por realimentação de estados, utilizando a técnica de posicionamento de polos, na forma u = −Kx, com K = [k₁ k₂]. O objetivo do projeto é posicionar os polos de malha fechada em:

s₁ = −1 e s₂ = −2.

Com base nessas informações, analise as afirmações a seguir.

I - O sistema em malha aberta é instável, pois a matriz A possui pelo menos um autovalor com parte real positiva.

II - A matriz do sistema em malha fechada (A), com realimentação de estados, é dada por 

III - Para posicionar os polos de malha fechada em s₁ = −1 e s₂ = −2, deve-se utilizar K = [0 6].

IV - Como a matriz B possui um elemento nulo, o sistema não é completamente controlável.

Quais estão corretas?

No projeto de sistemas de controle, os compensadores são amplamente empregados para modificar a resposta dinâmica e o desempenho em regime permanente. Entre as estruturas mais utilizadas estão os compensadores de avanço (Lead), atraso (Lag) e avanço-atraso (Lead-Lag), cada um com características específicas de resposta em frequência.

Com base nesses conceitos, assinale a alternativa correta.

Em uma aula prática de Análise e Implementação de Controladores Discretos, um docente apresenta aos estudantes o projeto de um controlador digital utilizando a técnica de projeto discreto direto no plano z. Para representar adequadamente a interface física entre o computador e o processo, a planta contínua foi discretizada utilizando o método do segurador de ordem zero (ZOH), obtendo-se o equivalente discreto:

A partir desse modelo, projetou-se um controlador digital para satisfazer requisitos de estabilidade e desempenho transitório. A lei de controle resultante, pronta para ser programada em um microcontrolador com período de amostragem T = 0,5s, é dada pela seguinte equação a diferenças:

u[k] = u[k − 1] + 3e[k] − e[k − 1],

em que e[k] representa o sinal de erro amostrado e u[k] o sinal de controle aplicado à planta no instante atual.

Considerando que a malha de controle possui realimentação unitária negativa, analise as seguintes afirmações.

I - A função de transferência do controlador no domínio z é

II - O controlador apresenta um polo em z = 1, o que indica que ele é assintoticamente estável, pois a condição de estabilidade é |z_p| ≤ 1.

III - O uso do ZOH na discretização da planta é importante porque modela o comportamento do conversor digital-analógico (D/A), que mantém a tensão constante entre os instantes de amostragem.

IV - Como a planta discretizada possui polo em z = 0,75, o sistema em malha fechada terá erro estacionário nulo para uma entrada em degrau, independentemente da ação do controlador.

Quais estão corretas?

No estudo da estabilidade de sistemas lineares, a análise da resposta em frequência permite avaliar como variações de ganho influenciam a estabilidade relativa do sistema. Assim, considere a função de transferência em malha aberta

Para fins de análise por meio dos diagramas de Bode, considera-se a aplicação de um ganho proporcional K = 10, resultando na função de transferência em malha aberta KG(s). A Figura 8 apresenta os diagramas de Bode de G(s) e KG(s), destacando as frequências de cruzamento de ganho (ω_gc1 e ω_gc2) no diagrama de magnitude e os correspondentes pontos no diagrama de fase, utilizados na determinação da margem de fase (Φ_M).

Figura 8 – Diagramas de Bode dos sistemas G(s) e KG(s). 

Com base na função de transferência apresentada, nos diagramas de Bode da Figura 8 e nos efeitos da aplicação do ganho proporcional sobre a resposta em frequência desse sistema, assinale a alternativa correta.

Considere o sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa apresentado na Figura 7.

Figura 7 – Sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa.

A planta do sistema é dada por: 

Em que C_i é um controlador, cujos ganhos satisfazem K_p > 0, K_i > 0, em que K_d, K_i e K_d representam, respectivamente, os ganhos proporcional, integral e derivativo. Admita que todos os sistemas em malha fechada sejam assintoticamente estáveis. Considere os seguintes controladores para C_i.

Assinale a alternativa que classifica corretamente os sistemas quanto ao seu tipo e ao erro em regime permanente.

A Figura 5 apresenta o Lugar Geométrico das Raízes (LGR) de um sistema de controle em malha fechada para valores crescentes do ganho K.

Figura 5 – Lugar Geométrico das Raízes do sistema.

O diagrama de blocos correspondente é apresentado na Figura 6.

Figura 6 – Sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária negativa.  

Considerando a variação do ganho K, assinale a alternativa que apresenta corretamente o ganho crítico K_cr, no qual o sistema atinge o limite de estabilidade e passa a apresentar oscilações sustentadas, bem como a respectiva frequência angular dessas oscilações.

Considere o sistema contínuo representado pelo diagrama de blocos da Figura 4, com realimentação unitária negativa. Sejam U(s), X₁(s), X₂(s) e Y(s) as transformadas de Laplace dos sinais u(t), x₁(t), x₂(t) e y(t), respectivamente. Considere ainda que x₁(t) e x₂(t) representam as variáveis de estado do sistema, enquanto u(t) e y(t) representam, respectivamente, a entrada e a saída.

Figura 4 – Diagrama de blocos de um sistema de controle. 

Assinale a alternativa que determina as matrizes A, B, C e D da representação em espaço de estados do sistema, na forma:

ẋ = Ax + Bu, y = Cx + Du.

Considere um sistema dinâmico cuja entrada u(t) é uma tensão elétrica e a saída y(t) é uma variável de processo em velocidade. Para identificar a dinâmica desse sistema, foi realizado um ensaio em malha aberta, aplicando-se um degrau de amplitude 40 V no instante t = 15 s. A resposta temporal da saída é apresentada na Figura 3.

Figura 3 – Resposta ao degrau do sistema.  

Considere ainda que:

1) O sistema pode ser representado por um modelo linear de primeira ordem;

2) Observa-se, na Figura 3, que o valor final da saída é de 40 rad/s;

3) O sistema atinge o tempo de assentamento, segundo o critério de 2%, no instante t = 35 s.

Assinale a alternativa que determina a função de transferência em malha aberta que relaciona Y(s) à entrada U(s).

A Figura 2 apresenta um sistema de controle em malha fechada.

Figura 2 – Diagrama de blocos de um sistema de controle.

 

Considerando R(s) como o sinal de referência (setpoint) e Y(s) como a saída do sistema, assinale a alternativa que representa corretamente a função de transferência equivalente entre a entrada e a saída do sistema, ou seja, H(s) = Y(s)/R(s).

Em uma aula prática de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs), um professor utiliza a bancada didática apresentada na Figura 1 para demonstrar aos estudantes a implementação de uma linha automatizada de envase de garrafas utilizando a linguagem Ladder (LD). Para a atividade, considere:

● o seguinte funcionamento da bancada didática: i) inicialmente, o motor da esteira (Q0.1) permanece ligado, transportando as garrafas até a posição de envase; ii) quando uma garrafa é detectada pelo sensor S1 (I0.0), o motor da esteira (Q0.1) é desligado e a válvula solenoide (Q0.0) é ligada para iniciar o enchimento da garrafa; iii) a válvula solenoide (Q0.0) permanece ligada enquanto o sensor S2 (I0.1) não detectar que o líquido atingiu o nível especificado; iv) durante esse período, a garrafa permanece parada na posição de envase, mantendo o sensor S1 (I0.0) continuamente acionado; v) quando o sensor S2 (I0.1) detectar que o nível especificado foi atingido, a válvula solenoide (Q0.0) deverá ser desligada e o motor da esteira (Q0.1) deverá ser ligado novamente, transportando a garrafa para a etapa seguinte do processo;

● que as nomenclaturas I0.0 e I0.1 correspondem aos endereços das entradas digitais, enquanto Q0.0 e Q0.1 correspondem aos endereços das saídas digitais do CLP;

● que os sensores S1 e S2 são do tipo PNP, indicando nível lógico 1 apenas quando acionados.

Com base nas informações da atividade e na Figura 1, assinale a alternativa que apresenta uma implementação em linguagem Ladder (LD), conforme a IEC 61131-3, compatível com a lógica de acionamento descrita.

Considere um sistema de controle de processos em malha fechada. Sobre o papel dos elementos finais de controle (atuadores) e a estrutura do sistema, assinale a alternativa correta. 

Um sistema didático de controle de nível de água em um tanque é composto por uma bomba de alimentação e dois sensores capacitivos, conforme ilustrado na figura abaixo. O sensor S1 monitora o nível mínimo e está ligado à entrada I0.0 de um Controlador Lógico Programável (CLP), enquanto o sensor S2 monitora o nível máximo e está ligado à entrada I0.1. Os sensores são do tipo capacitivo, com saída PNP e contato lógico normalmente aberto (NA), fornecendo nível lógico 1 (24 Vcc) quando detectam água e 0 (0 Vcc) quando não a detectam. A bomba é acionada pela saída digital Q0.0 do CLP, por meio de um relé intermediário que comanda o contator do motor.






O sistema deverá operar conforme os seguintes requisitos:
1) No instante da energização do sistema, considere o tanque vazio, de modo que os sensores S1 e S2 não detectem água (I0.0 = 0 e I0.1 = 0). Nessa condição, a bomba deverá ser acionada para iniciar o enchimento do tanque.
2) Após o acionamento, a bomba deverá permanecer ligada, independentemente do estado do sensor S1, até que o nível da água atinja o sensor de nível alto.
3) Quando o sensor de nível alto detectar água (I0.1 = 1), a bomba deverá ser desligada.
4) Considerando a válvula de saída permanentemente aberta, o nível da água diminuirá após o desligamento da bomba e um novo ciclo de enchimento deverá ser iniciado automaticamente quando o nível da água ficar abaixo do sensor S1 (I0.0 = 0).

Considerando os requisitos de funcionamento estabelecidos e a programação em linguagem Ladder, assinale a alternativa, que melhor representa a lógica de acionamento, retenção e desligamento da bomba de entrada Q0.0.

A norma IEC 61131-3 estabelece diretrizes para o desenvolvimento de programas em controladores lógicos programáveis (CLPs), padronizando diferentes linguagens de programação amplamente empregadas em sistemas automatizados.
Assinale a alternativa que apresenta apenas linguagens de programação padronizadas pela IEC 61131-3. 

Uma esteira transportadora deve manter velocidade constante durante a movimentação de diferentes cargas. Para isso, o motor elétrico é acionado por um inversor de frequência comandado por um controlador contínuo que pode utilizar ações proporcional (P), integral (I) e derivativa (D), isoladamente ou em conjunto. Durante os ensaios, foram observadas situações como redução da velocidade quando caixas mais pesadas são colocadas sobre a esteira, aumento momentâneo da velocidade após a retirada da carga e pequenas oscilações antes da estabilização da velocidade no valor desejado.
Com base nos conceitos de controle contínuo e na atuação das ações (P), (I) e (D), assinale a alternativa correta. 

Um forno elétrico emprega um controlador liga-desliga (on-off) para manter sua temperatura próxima do valor de referência estabelecido pelo operador. O sistema utiliza um sensor de temperatura, um controlador eletrônico e uma resistência elétrica de aquecimento. Para evitar acionamentos excessivos da resistência, foi definido um intervalo diferencial (histerese) em torno do ponto de ajuste. A figura abaixo apresenta o comportamento típico da temperatura do forno durante a operação. 



Com base na figura e nos conceitos de controle liga-desliga (on-off), analise as afirmações a seguir.

I - O controle liga-desliga, também denominado controle de duas posições, mantém o elemento atuador apenas em dois estados possíveis: totalmente ligado ou totalmente desligado.
II - O intervalo diferencial (histerese) é introduzido para reduzir a frequência de comutação do atuador diante de pequenas variações da variável controlada, aumentando sua vida útil. Entretanto, sua redução tende a aumentar a precisão do controle, à custa de uma maior frequência de chaveamento do atuador.
III - Em regime permanente, é esperado que a variável controlada oscile continuamente em torno do ponto de ajuste. A amplitude e a frequência dessas oscilações dependem da dinâmica do processo, como sua inércia e tempo de resposta.
IV - O controle liga-desliga é a estratégia mais indicada para processos que exigem elevada estabilidade térmica, pequena variação em torno do setpoint e resposta contínua às mudanças de carga.

Quais estão corretas? 

A figura abaixo apresenta o diagrama esquemático de uma malha fechada utilizada em uma bancada didática para o controle automático do nível de água de um reservatório. O sistema é composto por um controlador eletrônico, um inversor de frequência responsável pelo controle da velocidade de uma bomba centrífuga, um transmissor de nível instalado no reservatório e um sistema de realimentação composto pelo transmissor de nível e pelos sinais de medição. O operador define previamente o nível desejado (setpoint) e, durante a operação, variações na vazão de saída do reservatório podem alterar o nível da água. Nessas condições, o controlador ajusta continuamente a velocidade da bomba, modificando a vazão de entrada, de modo a manter o nível do reservatório próximo ao valor de referência. 







Com base na figura e nos conceitos de controle de processos, analise as afirmações a seguir.

I - O nível de água h (t) representa a variável controlada, enquanto o valor de referência definido pelo operador corresponde ao setpoint do sistema, utilizado para o cálculo do sinal de erro pelo controlador.
II - A ação do controlador modifica o sinal enviado ao inversor de frequência, alterando a velocidade da bomba e, consequentemente, a vazão de entrada no reservatório, que corresponde à variável manipulada da malha.
III - O transmissor de nível fornece continuamente ao controlador o valor medido da variável controlada, caracterizando uma malha fechada com realimentação negativa.
IV - A variação da vazão de saída do reservatório constitui uma perturbação externa. Entretanto, como essa vazão não é medida pelo controlador, ela não interfere na variável controlada enquanto o setpoint permanecer constante.

Quais estão corretas?