Princípios básicos.

Com poucas e relativamente insignificantes excepções, todos os sistemas de controlo modernos têm duas características fundamentais em comum. Estas podem ser descritas como se segue: (1) O valor da quantidade controlada é variado por um motor (sendo esta palavra usada num sentido generalizado), que retira a sua potência de uma fonte local e não de um sinal de entrada. Assim, está disponível uma grande quantidade de potência para efetuar as variações necessárias da quantidade controlada e para garantir que as operações de variação da quantidade controlada não carreguem e distorçam os sinais dos quais depende a precisão do controle. (2) A taxa a que a energia é fornecida ao motor para efetuar variações no valor da quantidade controlada é determinada mais ou menos diretamente por alguma função da diferença entre os valores reais e desejados da quantidade controlada. Assim, por exemplo, no caso de um sistema de aquecimento termostático, o fornecimento de combustível ao forno é determinado se a temperatura real é maior ou menor do que a temperatura desejada. Um sistema de controle que possui estas características fundamentais é chamado de sistema de controle em circuito fechado, ou um servomecanismo (ver Figura). Sistemas de controle de ciclo aberto são sistemas de alimentação.

A estabilidade de um sistema de controle é determinada, em grande parte, pela sua resposta a um sinal subitamente aplicado, ou transitório. Se tal sinal causar a sobrecorreção do sistema, um fenômeno chamado hunting pode ocorrer no qual o sistema primeiro se sobrecorreta em uma direção e depois se sobrecorreta na direção oposta. Como a caça é indesejável, geralmente são tomadas medidas para corrigi-la. A medida corretiva mais comum é a adição de amortecimento em algum lugar do sistema. O amortecimento retarda a resposta do sistema e evita excessos ou sobrecorreções excessivas. O amortecimento pode ser na forma de resistência elétrica em um circuito eletrônico, a aplicação de um freio em um circuito mecânico, ou forçar o óleo através de um pequeno orifício como no amortecimento de choque.

Um outro método para determinar a estabilidade de um sistema de controle é determinar sua resposta de freqüência – ou seja, sua resposta a um sinal de entrada continuamente variável em várias freqüências. A saída do sistema de controle é então comparada à entrada em relação à amplitude e à fase – ou seja, o grau com que os sinais de entrada e saída estão fora de fase. A resposta de freqüência pode ser determinada experimentalmente – especialmente em sistemas elétricos – ou calculada matematicamente, se as constantes do sistema forem conhecidas. Os cálculos matemáticos são particularmente úteis para sistemas que podem ser descritos por equações diferenciais lineares comuns. Atalhos gráficos também ajudam muito no estudo das respostas dos sistemas.

Outras técnicas entram no projeto de sistemas de controle avançados. O controle adaptativo é a capacidade do sistema de modificar sua própria operação para alcançar o melhor modo de operação possível. Uma definição geral de controle adaptativo implica que um sistema adaptativo deve ser capaz de executar as seguintes funções: fornecer informação contínua sobre o estado atual do sistema ou identificar o processo; comparar o desempenho atual do sistema com o desempenho desejado ou ótimo e tomar a decisão de mudar o sistema para alcançar o desempenho ótimo definido; e iniciar uma modificação adequada para conduzir o sistema de controle para o ótimo. Estes três princípios – identificação, decisão e modificação – são inerentes a qualquer sistema adaptativo.

Controle dinâmico-optimizador requer que o sistema de controle opere de tal forma que um critério específico de desempenho seja satisfeito. Este critério é geralmente formulado em termos tais que o sistema controlado deve passar do original para uma nova posição no mínimo tempo possível ou a um custo total mínimo.

Controle de aprendizagem implica que o sistema de controle contém capacidade computacional suficiente para que ele possa desenvolver representações do modelo matemático do sistema sendo controlado e possa modificar sua própria operação para tirar proveito deste conhecimento recém-desenvolvido. Assim, o sistema de controle de aprendizagem é um desenvolvimento adicional do controlador adaptativo.

Controle multi-variável-não-interativo envolve grandes sistemas em que o tamanho das variáveis internas depende dos valores de outras variáveis relacionadas do processo. Assim, as técnicas de controle de loop único da teoria clássica não serão suficientes. Técnicas mais sofisticadas devem ser usadas para desenvolver sistemas de controle apropriados para tais processos.