Introdução ao Controle de Processos - Exercícios do tema 1
Considere o processo de controle de inventário num armazém de uma fábrica.
Desenhe um esquema do sistema. Pense em sensores e atuadores que poderiam ser usados.
Desenhe um diagrama de blocos do sistema e identifique as variáveis envolvidas.
Analise os possíveis objetivos de controle que podem ser alcançados.
Pense em uma estrutura de controle, desenhe um diagrama.
Considere o processo de controle de inventário num armazém de uma fábrica.
Desenhe um esquema do sistema. Pense em sensores e atuadores que poderiam ser usados.
Desenhe um diagrama de blocos do sistema e identifique as variáveis envolvidas.
Analise os possíveis objetivos de controle que podem ser alcançados.
Pense em uma estrutura de controle, desenhe um diagrama.
Passo 1
O enunciado pede para modelar o processo de controle de inventário de um armazém: desenhar um esquema físico (sensores e atuadores), montar o diagrama de blocos com as variáveis, analisar os objetivos de controle e propor uma estrutura de controle (com diagrama). O conteúdo envolve sistemas de controle em malha fechada, identificação de variáveis de processo, entradas (atuadores), saídas (sensores) e tratamento de distúrbios.
Passo 2
Esquema físico do sistema
– Sensor de nível do estoque: mede a quantidade de itens disponíveis (por exemplo, balança ou leitor RFID em prateleiras).
– Atuador de reposição: envia pedidos de compra ou produção, gerando uma taxa de entrada .
– Perturbação (demanda): consumo dos itens pela produção ou vendas, representado pela taxa .
– Banco de dados / ERP: registra histórico de consumo e permite predição de .
– Sensor de nível do estoque: mede a quantidade de itens
– Atuador de reposição: envia pedidos de compra ou produção, gerando uma taxa de entrada
– Perturbação (demanda): consumo dos itens pela produção ou vendas, representado pela taxa
– Banco de dados / ERP: registra histórico de consumo e permite predição de
Passo 3
Diagrama de blocos e variáveis
O estoque se comporta como um integrador, pois
O estoque se comporta como um integrador, pois
bloco “Integrador de Estoque”: saída
.
bloco “Sensor de Nível”: mede e gera leitura
.
bloco “Distúrbio”: insere no integrador.
bloco “Atuador de Reposição”: recebe .
Essas variáveis aparecem no diagrama:
– : estoque desejado (setpoint).
– : erro de nível.
– : taxa de reposição (ação de controle).
– : demanda (distúrbio).
bloco “Sensor de Nível”: mede
bloco “Distúrbio”: insere
bloco “Atuador de Reposição”: recebe
Essas variáveis aparecem no diagrama:
–
–
–
–
Passo 4
Objetivos de controle
. Manter
próximo de
para evitar ruptura de estoque e excesso de capital imobilizado.
. Reagir rapidamente a variações de
(picos de demanda).
. Minimizar oscilações e custos de reposição (evitar encomendas muito frequentes e muito volumosas).
. Incluir predição de
para implementar ação feedforward e antecipar reposições.
Passo 5
Estrutura de controle e diagrama
Descrevendo em texto o diagrama em malha fechada com feedforward:
. Calcula-se o erro
.
. Controlador
(por exemplo, PI) processa
e produz
.
. Bloco de predição de demanda gera
a partir de estimativa de
.
. A ação total é
Descrevendo em texto o diagrama em malha fechada com feedforward:
Resposta
Esquema físico:
Sensor de nível de estoque (balança/RFID) medindo
.
Atuador de reposição comandando taxa de entrada
.
Distúrbio de demanda
.
Diagrama de blocos:
Variáveis envolvidas:
,
,
,
,
.
Objetivos de controle:
Manter estoque em
.
Reagir a variações de demanda.
Reduzir custos e oscilações.
Estrutura de controle:
Malha fechada com controlador PI:
.
Ação feedforward
baseada em predição de
.
Ação total
para ajustar
.