Pratique Unidade 2

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LÓGICA DE CONTROLADORES PID
Olá, estudante!
Este é o momento em que você colocará a mão na massa. Na proposta a seguir, você será convidado(a) a realizar uma atividade prática aplicando os conteúdos estudados até aqui. Você irá desenvolver habilidades e competências importantes para o seu desenvolvimento profissional. Preparado(a)?
Antes de iniciar, veja a seguir as habilidades contempladas nesta atividade prática:
	reconhecer ações de um controlador PID (Proporcional-Integral- Derivativo);
	aplicar controladores PID em sistemas automatizados.
No ramo industrial, os controladores, como os do tipo PID (Proporcional-Integral-Derivativo), são úteis em diversas situações. Isso se dá pelo fato de eles serem instrumentos usados em aplicações para regular, por exemplo, temperatura, fluxo, pressão, velocidade e outras variáveis de processo. Tecnicamente, o PID é uma forma bem estabelecida de conduzir um sistema em direção a uma posição, isto é, para manter a saída real de um processo o mais próximo possível do ponto de ajuste.
Na prática, se temos, por exemplo, um controlador de temperatura PID, ele atuará para controlar a temperatura, principalmente sem o envolvimento do operador. Um PID nesse tipo de sistema aceita um sensor de temperatura como um termopar e compara a temperatura real com a temperatura de controle desejada. Em seguida, ele fornece uma saída para um elemento de controle. Uma outra funcionalidade do PID no campo da indústria é por meio de sua aplicação em uma célula fotovoltaica, que depende principalmente da faixa de temperatura, por exemplo.
Com base nas condições meteorológicas, a corrente e a tensão de operação mudarão constantemente. Uma vez que a condição climática é alterada, o rastreador mantém a corrente e a voltagem estáveis, através do controlador.
Podemos aplicar o PID ainda no controle de pH. O potencial Hidrogeniônico é amplamente visto na indústria como um desafio de controle. Uma das razões para isso é que o pH é altamente não linear, ou seja, observa-se que seu comportamento muda de uma faixa operacional para outra. Embora a dinâmica do pH seja desafiadora de uma perspectiva de controle, eles são adequados para a forma PID do controlador.
A dinâmica do pH permite que o modo D (derivativo) do PID atue com vistas a melhorar o controle dessa variável. Portanto, seja qual for o setor industrial, as aplicações do PID são úteis e diversas. Vale a pena entendermos cada funcionalidade de seus módulos separadamente (P, I e D), assim como sua combinação.
VAMOS PRATICAR
Agora é a sua vez! Você deve desenvolver um texto dissertativo explicando a aplicação de controladores e citando os exemplos encontrados. Destaque, sobretudo, a versatilidade do PID. Além disso, você deve buscar uma aplicação prática de um PID em ambiente doméstico, como, por exemplo, um controle ON/OFF. Exponha a aplicação e um registro em vídeo/imagem do dispositivo. Ao final, disponibilize seu trabalho no fórum da seção.
Feedbacks
Caro estudante, 
Você deve ter notado que os algoritmos de controle como o PID têm uma ampla faixa de aplicações. Por isso, não somente no campo industrial mas também no ambiente doméstico podemos encontrar diversas atuações desses elementos. Em nossa residência não é difícil achar um modelo de equipamento que utilize um controlador do tipo ON/OFF. Por exemplo, podemos observar o tipo de controle que utiliza o termostato em eletrodomésticos como ferro de passar roupa e geladeiras. No caso específico da geladeira, esse equipamento doméstico tem em sua estrutura um sensor (termostato) que é responsável por fazer a medição da temperatura. Logo, na prática, no momento em que a temperatura está elevada, o motor é ligado (ON) e assim permanece até que chegue ao nível de temperatura registrada no sensor. Quando a temperatura padrão é atingida, o motor é desligado (OFF). Entretanto, devemos salientar que quando há uma demanda por maior controle sobre a operação, em termos de precisão e estabilidade, o mais recomendado é utilizar o controle PID. Um exemplo prático são os motores cuja velocidade, ao longo da sua operação, pode oscilar em função de vários tipos de variações, como cargas ou modificações na tensão de alimentação. Outra aplicação comum do PID está nos equipamentos de aquecimento. Nessa situação, o controle PID busca minimizar ou até eliminar a oscilação de temperatura e, com isso, fazer com que haja a estabilização da temperatura conforme o alvo predefinido. Alguns exemplos do módulo Integral do algoritmo PID são percebidos em processos de vazão, nível e pressão, assim como em qualquer outro sistema no qual a variável observada não tenha um "atraso" grande. 
Resposta 1
A história dos Controladores PID
Dispositivos de realimentação mecânicos têm sido utilizados desde o final do século 18 na forma de governadores. Estes eram limitados a apenas um ou dois elementos de Proporcional, Integral ou Derivativo e foram originalmente planejados para manter uma velocidade de operação consistente em motores a vapor que estavam sendo usados para acionar máquinas de fábrica.
O primeiro controlador PID completo foi desenvolvido em 1911 por Elmer Sperry para a Marinha dos EUA para automatizar a direção de navios. Sperry projetou seu sistema para imitar o comportamento dos timoneiros, que eram capazes de compensar uma variância persistente, bem como antecipar como a variação iria mudar no futuro.
Posteriormente, em 1922, o engenheiro Nicolas Minorsky publicou a primeira análise teórica do controle de IDP, similarmente baseada em observações da capacidade de um timoneiro de se adaptar às condições de mudança. Minorsky tornou a capacidade do timoneiro de se adaptar às mudanças de condições como uma fórmula matemática, que formou a base para o controle moderno do PID.
A presença de controle P.I.D na área da automação industrial e residencial vem crescendo cada vez mais devido a facilidade de implantação e controle do sistema. Este artigo tem o intuito de apresentar a relação entre a teoria e a prática de sistemas de controle, pois além de indicar seus conceitos, funções e comportamentos gráficos, exibe seu funcionamento em um protótipo de elevador elétrico. Para essa construção, foi necessário obter um conhecimento a respeito do tema, além de estudar e comparar respostas afim de obter um resultado mais próximo do real.
Controle P.I.D é um algoritmo muito utilizado em automação industrial devido a sua simplicidade de funcionamento e robustez. Como o próprio nome já diz, esse tipo de controle apresenta três coeficientes: proporcional, integral e derivativo, onde com suas respectivas atuações tornará a resposta do sistema com determinadas características presentes apenas com esse tipo de controle. De forma prática, um sistema com controle P.I.D apresenta os seguintes procedimentos: fazer a leitura de um sensor, calcular a resposta da saída do atuador por Ciências exatas e tecnológicas | Maceió | v. 4 | n. 1 | p. 99-112 | Maio 2017 | periodicos.set.edu.br Cadernos de Graduação | 107 meio do cálculo proporcional, integral e derivativo. Por fim, será necessário juntar as três respostas encontradas, podendo assim calcular a saída desejada de um determinado sistema.
Utilização do Controle PID
O Controle PID é usado para uma variedade de variáveis de processo, tais como; Temperatura, Fluxo e Pressão. Tipicamente, aplicações desafiadoras, tais como processos industriais de tratamento térmico, fornos e fornos usam controladores PID, bem como no setor científico e de laboratório, onde precisão e confiabilidade são essenciais para a qualidade de uma aplicação de controle.
Exemplo de controle ON/OFF:
Um exemplo desse processo no nosso dia a dia é a geladeira. Ela possui um sensor chamado termostato que faz a medição da temperatura da geladeira.
Quando ela está em uma temperatura elevada, o motor é ligado até chegar a temperatura registrada no termostato. Quando ela atinge a temperatura, o motor é desligado.
Principalmente as geladeiras mais antigas, é bastante comum ouvir um certo estalo quando motor é acionadoe o silêncio, quando está desligado.
Em algumas residências o PID é utilizado para controle de vazão e temperatura.
Utilizado também em placas solares.
Resposta 2
Os controladores desempenham um papel fundamental na automação de processos, garantindo que sistemas complexos operem de forma estável e eficiente. Entre os diversos tipos de controladores, um dos mais versáteis e amplamente utilizados é o controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo). Neste texto, exploraremos a aplicação dos controladores PID e destacaremos sua versatilidade. Além disso, discutiremos uma aplicação prática de um PID em um ambiente doméstico, como um controle ON/OFF.
Controladores PID: Uma Visão Geral
O controlador PID é um dispositivo amplamente empregado em sistemas de controle de processos industriais, automação e até mesmo em contextos domésticos. Ele é composto por três termos principais: o termo proporcional (P), o termo integral (I) e o termo derivativo (D). Cada um deles desempenha um papel específico no controle do sistema:
Termo Proporcional (P): O termo P é responsável por ajustar a resposta do sistema com base na diferença entre o valor desejado (setpoint) e o valor medido (feedback). Quanto maior a discrepância, maior será a correção aplicada pelo termo P.
Termo Integral (I): O termo I atua para eliminar erros residuais que podem persistir após a correção do termo P. Ele considera o acumulado de erros ao longo do tempo e aplica uma correção gradual para trazer o sistema para o valor desejado
Termo Derivativo (D): O termo D analisa a taxa de variação do erro. Ele é útil para prevenir oscilações e overshoots, ajustando a correção com base na taxa de mudança do erro.
Versatilidade do PID
Uma das grandes vantagens do controlador PID é sua versatilidade. Ele pode ser aplicado em uma ampla gama de sistemas e processos, desde o controle de temperatura em fornos industriais até o controle de velocidade de motores elétricos. Aqui estão alguns exemplos de sua aplicação:
Controle de Temperatura: Em um forno industrial, o PID é usado para manter a temperatura interna dentro de limites precisos, garantindo que os produtos sejam aquecidos ou cozidos de maneira consistente. Controle de Velocidade: Em veículos autônomos, o PID é utilizado para controlar a velocidade e a direção, garantindo uma condução suave e estável.
Controle de Nível de Líquido: Em processos químicos, o PID é aplicado para controlar o nível de líquido em tanques, evitando transbordamentos ou falta de material.
Controle de Umidade: Em estufas para cultivo de plantas, o PID é usado para manter a umidade do ar em níveis ideais para o crescimento das plantas.
Aplicação Doméstica de um PID: Controle ON/OFF
A versatilidade do PID não se limita ao ambiente industrial. Em casa, podemos encontrar uma aplicação prática desse controlador em sistemas de controle ON/OFF, como um termostato para o aquecimento de uma residência.
Imagine uma central de aquecimento que utiliza um controlador PID para manter a temperatura da casa em um valor definido. Quando a temperatura cai abaixo do setpoint, o termo P aumenta a potência do aquecedor para aquecer a casa mais rapidamente. O termo I corrige qualquer erro residual, garantindo que a temperatura atinja o valor desejado com precisão. O termo D ajuda a evitar oscilações indesejadas, ajustando a potência com base na taxa de mudança da temperatura ambiente.