25.1 : Configurações do Controlador

As configurações do controlador são cruciais no sistema de controle de cruzeiro de um carro porque gerenciam a velocidade ao longo do tempo para manter um ritmo consistente, independentemente das condições da estrada, atendendo assim às metas de design. Em sistemas de controle tradicionais, o design de configuração fixa envolve o posicionamento predeterminado do controlador. As modificações de desempenho do sistema são conhecidas como compensação.

A compensação do sistema de controle envolve várias configurações, mais comumente compensação em série ou em cascata, nas quais o controlador se alinha com o processo. Na compensação em série, o controlador é colocado em série com a planta, modificando a dinâmica do sistema para atender a critérios de desempenho específicos. A compensação de feedback (realimentação), por outro lado, coloca o controlador no caminho de feedback secundário. Este método permite o ajuste fino do comportamento do sistema sem afetar diretamente o loop de feedback primário.

O controle de feedback de estado envolve o feedback das variáveis ​​de estado por meio de ganhos reais constantes para gerar o sinal de controle. Este método é eficaz para projetar sistemas de controle com requisitos de desempenho específicos. No entanto, ele pode ser caro ou impraticável para sistemas de ordens mais altas devido à necessidade de medições ou estimativas de variáveis ​​de estado. O controle de feedback de estado visa colocar os pólos de malha fechada nos locais desejados, obtendo melhor desempenho transiente e de estado estável.

Outras configurações incluem compensação de feedback de série, que combina um controlador de série e feedback para alavancar os benefícios de ambos. A compensação de ação direta (feedforward) coloca o controlador de ação direta em série com o sistema de malha fechada, abordando diretamente a entrada de referência para aprimorar o desempenho.

Além das configurações mencionadas acima, os graus de liberdade nas configurações do controlador impactam significativamente o desempenho do sistema. Série, feedback e feedback de estado são configurações de controlador de um grau de liberdade (1DOF) que enfrentam limitações para atender a critérios de desempenho específicos. Essas configurações podem exibir baixa sensibilidade a variações de parâmetros ou overshoot excessivo na resposta em degrau. Em contraste, as configurações de dois graus de liberdade (2DOF) oferecem flexibilidade aprimorada para atingir os critérios de desempenho desejados. Um sistema 2DOF permite o ajuste independente dos caminhos de rastreamento de feedback e de referência, fornecendo melhor controle sobre a dinâmica do sistema e robustez às variações de parâmetros.

Em resumo, embora as configurações 1DOF sejam mais simples e fáceis de implementar, elas podem nem sempre atender aos rigorosos requisitos de desempenho dos sistemas de controle modernos. A flexibilidade das configurações 2DOF as torna uma ferramenta valiosa no projeto de sistemas de controle avançados, particularmente em aplicações como controle de cruzeiro automotivo, onde desempenho preciso e robustez são críticos.