Questões de Concurso Sobre sistemas de controle em engenharia eletrônica

Sistemas lineares e invariantes no tempo têm fundamental importância nas áreas de processamento de sinais e sistemas de controle. Processamento de sinais é uma tecnologia que aplica algoritmos computacionais em dados digitais para a realização de operações específicas, tais como filtragem digital de sinais, reconhecimento de voz, tratamento de imagens, etc. Em processamento de sinais, a resposta ao impulso de um sistema permite calcular a saída para qualquer sinal de entrada, por meio da convolução deste com a resposta ao impulso do sistema. Um sistema linear tem a seguinte relação para a entrada x[n] e a saída y[n]:

Encontre y[n] dado que os sinais x[n] = δ[n - 1] e g[n] = u[n] - u[n - 3]

Foi desenvolvido um equipamento de comunicação para funcionar como interfone, composto por microfone, fone e microcontrolador. O microfone utilizado possui faixa de resposta de frequência entre 300 Hz e 15 kHz, conforme ilustrado abaixo, enquanto todo o circuito está cuidadosamente acomodado em espaço sob medida, garantindo ajuste preciso dos componentes principais. Para garantir que apenas a voz humana (geralmente na faixa de 300 Hz a 3,4 kHz) seja transmitida de forma eficiente e com qualidade, é necessária uma filtragem adequada. Considerando o contexto do equipamento e suas características de projeto, qual seria a solução mais estável e confiável para realizar essa filtragem?

Fonte: IFSP, 2024

Na indústria atual, um importante sistema de controle é baseado nas técnicas proporcional, integral e derivativa . Em alguns casos, esses métodos são utilizados isoladamente e, em algumas aplicações, são utilizados conjuntamente. Sobre os métodos de controle proporcional, integral e derivativo, podemos afirmar somente que:

Um carro de luxo foi desenvolvido com um sistema que aquece o volante durante tempos de frio, proporcionando maior conforto ao motorista. O aquecimento é feito por uma resistência elétrica que opera com tensão de 5 V. A bateria do veículo fornece 12 V e, para garantir o aquecimento eficiente do volante, sem desperdício de energia, é necessário escolher a solução mais adequada para reduzir a tensão da bateria. Sabendo que a eficiência energética é uma prioridade em aplicações automotivas, qual das opções abaixo é a correta quanto ao procedimento mais indicado para alimentar o aquecedor do volante?

Considere o seguinte esquema elétrico de um CLP, elaborado para implementar uma lógica de selo no seu contato de saída Q2 para ligar/desligar uma lâmpada L1 por meio do acionamento das chaves S1 e S2:

Fonte: IFSP, 2024

Qual alternativa a seguir ilustra um programa, em Linguagem de Programação Ladder, para implementar a lógica acima descrita?

Um dos critérios no estudo da qualidade de sistemas de controle em malha fechada é o Erro de regime permanente, determinado por E_reg = 

                                                             

Deste modo, determine-o para o sistema de primeira ordem representado no diagrama de blocos a seguir considerando uma entrada de degrau unitário.

Fonte: IFSP, 2024

A modelagem matemática representa uma etapa importante em projetos de engenharia de controle em que, após a aplicação das leis fundamentais, simplificações e aproximações, é possível determinar uma equação matemática capaz de representar de forma próxima o comportamento dinâmico de um determinado sistema, seja ele térmico, mecânico, elétrico ou hidráulico. Deste modo, dado o circuito eletrônico a seguir, obtenha a função de transferência que represente seu comportamento dinâmico, considerando o amplificador operacional ideal.

Fonte: IFSP, 2024

No estudo de sistemas de controle, nem sempre temos acesso fácil à função de transferência para estudar a sua estabilidade. Uma técnica que pode ser utilizada neste caso é o levantamento experimental do seu diagrama de bode. 

Fonte: IFSP, 2024

Considerando o diagrama de bode apresentado, determine a margem de ganho, margem de fase e a estabilidade deste sistema linear.

Em um sistema de automação industrial que utilize um sensor retrorreflexivo, esse dispositivo é acionado pela 

A figura a seguir representa um sistema de malha fechada constituído por um bloco com função de transferência G(s) no caminho direto e outro bloco com função de transferência H(s) na malha de realimentação. O sinal de entrada é denotado por X(s), e o de saída, por Y(s).

Na situação hipotética apresentada, a função de transferência de malha fechada, entre o sinal de saída e o sinal de entrada, é determinada por 

O controle em malha fechada é um método de controle automático em que a ação de controle é baseada na diferença entre a saída desejada para o sistema e a saída real. O objetivo do controle é minimizar o erro entre as duas saídas. O controlador PID (Proporcional, Integral, Derivativo) é um dos controladores mais comuns usado nesse processo. Quanto à ação da componente Integral do controlador PID, ela 

Controladores proporcional (P), integral (I) e derivativo (D) são amplamente empregados em sistemas de controles industriais, sejam sistemas elétricos, mecânicos, eletromecânicos, químicos e entre outros, por apresentarem robustez na atuação. Nesses tipos de controladores, a principal diferença na atuação do controlador derivativo (D) em comparação com o controlador integrativo (I), é:

A estrutura de controle do tipo PID é largamente utilizada na indústria, por ser uma estratégia de controle de relativa simplicidade e com capacidade de conferir ao sistema importantes requisitos de desempenho. 

Existem diversas técnicas para sintonia dos parâmetros desse tipo de controlador, a qual deve ser escolhida de acordo com as características do sistema como um todo. 

Uma destas técnicas é o método 

Em testes de comissionamento de sistemas de controle em operação é comum aplicar sinal do tipo degrau, uma vez que tal resposta contém características do desempenho transitório do sistema.  

Considere que determinado sistema de controle é representado pela sua função de transferência de malha aberta N(s), dada por  



Inicialmente, o valor do ganho do controlador K foi ajustado de forma a tornar o sistema em malha fechada criticamente amortecido.

Caso o ganho K seja ligeiramente aumentado, é esperado que o sistema tenha  

Em um sistema de controle, é importante saber a faixa possível de valores de uma variável para evitar-se o indesejado overflow no armazenamento do resultado final de uma operação. Seja o código C de um compilador que trabalha com inteiros de 16 bits. 



Após a execução desse trecho de código, o valor de b é 

Uma determinada indústria resolveu adicionar a sua planta um processo que realiza o tratamento térmico de peças metálicas, para que estas obtenham propriedades mecânicas desejadas. Esse processo consiste na inserção de uma peça dentro de um forno elétrico, cuja temperatura é controlada por um controlador do tipo PI, de função de transferência dada por


Após instalação do sistema, foi executado a função “autoajuste” presente no controlador PI, que estabeleceu um par de valores iniciais para as constantes K_p e T_i do respectivo controlador.
Em seguida, o sistema passou por um teste de validação, que consistiu na execução de um degrau na referência, com intuito de verificar como o sistema seguia a temperatura pré-determinada.
Ao analisar a resposta do sistema, verificou-se que a temperatura do forno possuía tempo de subida adequado, mas com tempo excessivo para eliminação de erro de estado estacionário.
Neste caso, para melhorar a resposta transitória desse sistema, se faz necessário 

Em testes de comissionamento de sistemas de controle em operação é comum aplicar sinais do tipo degrau e rampa, uma vez que essas respostas temporais contêm características do desempenho do sistema em regime permanente.
Considere um sistema de controle com realimentação unitária, cuja função de transferência de malha aberta possui um polo na origem.
Quanto ao erro de regime permanente ao seguir sinais do tipo degrau e rampa, esse sistema apresentará