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ICET – INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TÉCNOLOGIA – 17
GRADUAÇÃO ENGENHARIA – 4º ANO CURSANDO
APS DE SISTEMAS DE CONTROLE E SERVOMECANISMOS (SCSM), SOBRE PROJETO PID COMO UM KIT-DIDÁTICO
Alunos RA Turma
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“Trabalho referente à disciplina de Sistemas de Controle Servomecânismos, das aulas administradas pelo Prof. Dr. Marcos Nascimento”.
 scsm
Índice
Página 1- INTRODUÇÃO
Página 2- Processo e escolha do tipo de sistema de empregabilidade
Página 3 Interação entre circuitos variados para processos PID
Página 4- Processo de demonstração didática e preparação da montagem do projeto
Página 6- Parte de diagrama de blocos do processo de forma resumida
Página 7- Circuito simulado na placa
Página 8- Explicação e apresentação da simulação do projeto Kit-Didático
Página 9- Conclusão
Página 10 -Bibliografia
INTRODUÇÃO
O controlador PID é em seu principal fator algo bem simples de ser explicado de forma análoga e com comparações, porém o entendimento real e físico que se integra entre os componentes é muito mais complexo e complicado, entende-se que PID pode ser separado em três funções, cada um com o seu devido significado, agora suponhamos que tendo em vista o que já foi dito, se dispusermos de uma explicação análoga (comparatória), teremos que, separando o termo inicial (PID), por, P, I, D, é visto em primeira mão que o P é responsável pelo erro proporcional gerado em tempo real (presente), e sendo o, “I” sua respectiva função de integração responsável pelo erro que já está previsto, que aconteceu e nessa instância será eliminado, e por fim, o “D”, derivativo ou (diferencial), responsável por proporcionar uma resposta rápida, detectando o erro do futuro, metaforicamente é ainda mais complexo do que se pode encontrar ao analisar, isso não faz sentido, como algo pode prever o futuro e corrigir coisas passadas?, isso mesmo, por isso a analogia acaba piorando mais ainda sua interpretação geral, sendo então que de forma real e física é bem mais simples de entendermos realmente como ele funciona através dos gráficos gerados, eles sim, mostram as três etapas, as três funções do “PID” são conhecidos como erro ajustado, sendo o proporcional aquele que elimina um valor mais alto do erro, que por sua vez o erro significa em PID uma variação não desejada de corrente, agora o integral é responsável por corrigir um erro menor que por sua vez é diretamente proporcional ao erro corrigido pelo AMP OP derivativo, os dois se comunicam, e por fim o derivativo sobra com uma correção muito pequena da variação de corrente elétrica, finalizando em Feedback, porém não chega a ir e só depois retornar, sua volta é instantânea, ou seja, o erro é corrigido antes mesmo de sair, antes que tenha de que fazer o retorno, ou seja, o comportamento é em conjunto e instantâneo, para isso é sempre visado o tal controlador em caixa de malha fechada.
Ou seja, esse é um método feito de forma a corrigir uma variação com que tenha exatidão no valor requerido isso com resistores e capacitores interligados aos amplificadores operacionais com valores que se caso não fosse feito esse planejamento todo de interligações o pressuposto nunca seria possível pois eles de forma individual contém valores muito altos não sendo possível o ajustamento da correção de variação de energia menores, piorando a exatidão de precisão com os devidos sistemas de controle.
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Processo e escolha do tipo de sistema de empregabilidade
Em experimento pelas pesquisas e orientações recebidas em acordos realizados em reuniões em grupos chegamos na unanimidade do proposto trabalho para apresentação final, disto visto, o requerido escolhido foi tentar mostrar de alguma forma um funcionamento PID em geral através do controle de velocidade de um motor de forma didática, isso sendo, se formos ver, a única maneira de proporcionar um ensaio PID (que por sua vez é em seu major apenas um componente de exatidão da corrente elétrica ou de algum comando), sendo apenas uma apresentação com o motor em uma velocidade constante e fixa de uma corrente corrigida da corrente original de entrada, sendo que como todo o componente é todo feito antes de forma a compensar o erro, sendo quase insubstituível, (o “quase” pois ainda há maneiras de corrigir aumentando ainda mais ou diminuindo ainda mais a corrente pela fonte e calibrando o potenciômetro, ou um Trimpots), porém ainda haveria toda a demora na calibração e o risco de corte de corrente, saturação durante a apresentação, então diante desses fatos dispusemos de tentarmos uma maneira de mostrar como o PID funciona de forma a melhorar apenas o processo P (Proporcional) de modo didático, isso se resume em mostrar passo a passo a variação da corrente se auto corrigindo conforme vamos conectando os outros processos, ou seja, primeiro liga normalmente, após isso aplica-se o amplificador operacional proporcional, com isso há a didática de mostrar como ele age sozinho diante da variação de corrente indesejada, após isso aplica-se o integral, e novamente, o proporcional com o integral (PI) mostrará sua função corrigindo a corrente de modo mais conciso e equilibrado, após isso então aplica-se por fim o integral, isso com todos interligados entre si, sendo assim teremos então o requerido (PID) apresentado de forma didática passo a passo como cada componente por trás de sua composição global se comportam e se interagem entre si para tal propósito que é o se não tão esperado surgimento de uma corrente fixa e regulada de acordo com o processo, e não podemos esquecer de que há também um comportamento em tempo real, este caso haja uma variação de corrente não constada no projeto inicial devido a algum tipo de incidente por tempestade ou algo nas hidrelétricas, teremos que não será influenciado de modo direto o controlador pois a variância de corrente tentará passar pelo PID porém ele irá elimina-la pois o PID em si já tem um previsto cálculo de corrente o qual ele irá deixar sair, o resto da tensão irá ser corrigida pelo feedback explicando o então de modo mais simplório possível.
 
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Interação entre circuitos variados para processos PID
O circuito esqueleto padrão inicial das interligações entre os amplificadores operacionais tem por sua vez os já conhecidos proporcional, integral e derivativo, porém há também eles interligados em um amplificador operacional somador o qual tem função de somar todas as variações não desejadas de corrente e por sua vez totalizar em apenas um valor final, este por sua vez fica com sinal negativo, o que em eletricidade isso significa ligação invertida, e para fazer o sinal ficar positivo para o correto funcionamento é posto então um inversor, um amplificador operacional inversor após o (somador), ele inverte o sinal invertido, - passa a ser +, desse modo temos então quase que concluído o padrão de um PID, há mais algumas mudanças que é possível fazer colocando mais um capacitor em paralelo com o resistor de Trimpots o que evitaria uma super. saturação, agora tendo em vista o início padrão que podemos ter como base para o início de nosso projeto é possível também dar mais corpo ao circuito em si de modo a funcionar para algum tipo de projeto físico diferente, sendo assim, tomando como base o padrão, o que é amplificado ao circuito são dois Buffer no início do circuito, após isso um diferenciador e então sim o circuito integrado PID, que em seguida são lidadores no domador que por sua vez é ligado em um Buffer de saída do sinal, digamos que esse circuito é mais visado para um tipo de monitoramento mais exato dos valores de set point em gráfico com pulsaçõesdos elétrons, isso feito no osciloscópio, desse modo é possível ter um melhor controle para meios de amostras de estudo e testes através do osciloscópio.
O diferenciador por sua vez é responsável por fazer uma matemática, esse à qual é feita por meio da derivação, isso por sua vez finaliza em pressupor um valor instantâneo da taxa de variação do sinal, sendo o ponto de estudo para o valor requerido obtido por uma linha tangente que é traçada no ponto e por sua vez obtido o valor, e nesse caso então ele funciona então como um amplificador que já normaliza o possível o erro para que o PID não tenha sua saturação, ou seja, o PID fica mais fácil de ser planejado diante dos valores comerciais de resistores e capacitores, e os buffer por sua vez são empregados por serem seguidores de tensão, ele simplesmente mantém a corrente, sua tensão, isso é importante ser utilizado porém não em todos os casos, apenas em casos em que o circuito por sua vez ramifica-se com outros dispositivos os quais fazem com que a impedância atrapalhe no processo de saída, sendo assim, ao colocar um Buffer teria se então uma garantia de um valor final conciso com o que é esperado anteriormente.
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Processo de demonstração didática e preparação da montagem do projeto
O processo de demonstração prática se intensifica na explicação geral de cada componente em seu singular processo, com demonstração da junção entre eles conforme vai variando a redução da velocidade do motor, isso no entanto é, a concentração primaria do motor, que ao ligar utilizaremos uma certa voltagem de por exemplo, 15 volts, e a voltagem requerida anteriormente será de modo análogo uns 8,75 volts, então será feito o interligamento passo a passo de cada um até a voltagem ficar quase que fixa em 8,75 volts isso sendo possível pelo ganho muito pequeno que o derivativo tem função de reduzir, agora na montagem a ideia principal é interligar no circuito em protoboard os amplificadores operacionais proporcional, derivativo e integral de modo que seja possível a interrupção de um ou de outro amplificador operacional no processo, ou seja, de modo que por exemplo, o amplificador derivativo fique em aberto, circuito aberto diante do operacional e do integral, desse modo fazendo com que o proporcional trabalhe individualmente no processo de redução de velocidade do motor diante da variação corrigida da entrada para a saída, e por tal razão será utilizado um tipo de interruptor entre eles, sendo então possível o processo em etapas de cada componente agindo em conjunto, a expressão de didática se resume então em ligar o motor com a variação de corrente corrigida apenas no amplificador operacional, mostrando então como o proporcional age diretamente na correção de velocidade do motor, após isso será ligado o proporcional em conjunto com o amplificador operacional integral, que em meios matemáticos seria uma soma infinitesimal dos sinais de corrente da variação do sinal de entrada conforme sua variação no intervalo de tempo, sendo sua aplicação devida a resultar em um sinal em tensão de saída na forma de uma rampa, sendo muito utilizado como um divisor de voltagem RC, sendo o sinal sendo retirado em vez do resistor, o do capacitor, com os dois amplificadores operacionais ligados em conjunto, PI, teremos então algo na saída para o motor uma corrente dividida do sinal do capacitor com uma tensão amplificada ou reduzida de acordo com o que estiver ligado também o amp op inversor, então haveria uma redução significativa da tensão, após a demonstração do quão foi reduzido e como foi feito tal redução é então conectado no conjunto PI o termo final D, do amplificador operacional derivativo, que por sua vez tem a função de representar a inclinação da função e(t), 
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o controle derivativo é essencialmente um tipo que antecipa a tendência do sinal e(t) predizendo um sobre ou sub-sinal a frente no tempo, e fazendo as apropriadas correções antes do sobre ou sub-sinal ocorrerem, sendo a parte mais complicada de se modificar através de um potenciômetro (que será o que iremos utilizar para a regulagem em vez de Trimpots), pois qualquer aumento se for muito grande levara facilmente a instabilidade, ou se o aumento não for condizente com um valor fixo e bom de trabalhar também levara a instabilidade e saturação, porém isso pode ser melhorado colocando um novo capacitor em paralelo com o resistor, fazendo com que a variação não leve a saturação, como já dito neste relatório. Por fim é mostrado então o PID em seu pleno funcionamento em conjunto, isso com o circuito geral, dependendo do que iremos utilizar no projeto final, onde de modo gráfico é possível ver um sinal normal variando, após isso aplicando o integral um sinal que começa a formar a estabilidade de modo mais rápido, e após isso o derivativo que tem função de tirar esse degrau para que o sinal fique estabilizado de modo rápido e direto, tornando uma rampa bem curta até o ponto de instabilidade das ondas, que neste meio será circunscrita por meio de uma quase reta.
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Parte de diagrama de blocos do processo de forma resumida
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Circuito simulado na placa
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Explicação e apresentação da simulação do projeto Kit-Didático
Como já visto neste trabalho, foi comentado sobre o tipo de circuito essencial para tal aplicação em motor, quanto a isso foi descrito apenas a parte teórica de todo o processo e das escolhas diante de padrões e pesquisas realizadas, tendo em vista a teoria foi por sua vez construído então o sistema de circuito lógico, com mais detalhes é possível ver na imagem abaixo o buffer inicial, o PID, com o amplificador operacional proporcional, integral e derivativo, e após isso o inversor, completando então o resumo diante do foco inicial.
Há também alterações futuras a serem feitas diante de algum tipo de oportuno, como já este sendo apenas a apresentação geral de todo o projeto resumido para o tipo de protótipo, neste caso uma delas, não sendo uma alteração mas sim um complemento é a parte de set-point, para interligar o set-point devidamente no circuito de acordo com os pré-requisitos, diante disto, o foco principal é por sua vez averiguar o seguinte e bom desempenho da apresentação inicial do projeto, para após dada a seguinte etapa ser realizada alguma implementação ou alteração posterior.
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Conclusão
Primeiramente o motor é ligado com a variação da corrente corrigida apenas pelo amplificador operacional, mostrando então como o proporcional age diretamente na correção de velocidade do motor. Após isso por meio de um interruptor a parte derivativa é ligada junto a proporcional e uma nova redução de velocidade do motor é mostrada, que está mais próxima do valor de corrente designada. Quando a parte integral é ligada junto a proporcional e derivativa o PID final é mostrado no valor exato designado anteriormente. 
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Bibliografia
http://www.ni.com/white-paper/3782/pt/ 
https://www.citisystems.com.br/controle-pid/
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-para-eletronica/635-amplificador-operacional-inversor-m022.html
Eletronica aplicada CHOUERI JUNIOR, S (livros)
Dispositivos semicondutores: tiristores: controle de potencia em CC e CA ALMEIDA, J L A
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