9 Métodos de Sintonia de Controladores PID

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Métodos de Sintonia de 
Controladores PID
Engenharia de Computação
Tópicos Especiais II
2015.2
Natal, Prof. Jan Erik, Msc.
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Introdução
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Introdução
A essência da sintonia de malhas de controle é identificar como a dinâmica
um processo responde aos esforços de controle e, baseado em requisitos de
desempenho, determinar a dinâmica necessária ao algoritmo PID para eliminar
os erros.
Independente da metodologia de projeto, as seguintes três etapas são
comuns aos métodos de identificação da dinâmica do processo e sintonia de
controladores PID:
I. O processo é submetido a perturbações no sinal de controle (entrada da
planta);
II. A resposta dinâmica do sistema a este distúrbio é analisada e
quantificada;
III. Baseado na análise da resposta e em especificações de desempenho, os
parâmetros PID são sintonizados.
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Métodos de Sintonia
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Método de Ziegler-Nichols
Os autores desenvolveram regras empíricas de ajuste dos parâmetros do
controlador, baseados em testes práticos manuais realizados em determinados
processos com o controlador comercial Fulscope da Taylor. Este trabalho tem
como grande diferencial o caráter inovador, simplista e prático, porém não
mostra embasamento teórico apurado.
Eles utilizam o método da curva de reação para encontrar os parâmetros (K, 𝜏
e 𝜃). A partir da determinação destas constante foi proposto a tabela de sintonia
PID conforme abaixo.
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Método de CHR
Desenvolvido por K. L. Chien, J. A. Hrones e J. B. Reswick foi o primeiro
trabalho a utilizar um modelo aproximado de primeira ordem com tempo morto,
representativo do comportamento de sistemas de alta ordem. Este trabalho foi,
ainda, o pioneiro na determinação de regras de ajuste diferenciadas para
características servo e regulatórias.
Eles propuseram soluções para problemas servo e regulatório, com e sem
sobressinal.
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Método de Cohen-Coon
Proposto em 1953 pelo engenheiro G. H. Cohen e pelo matemático G. A. Coon,
ambos da Taylor Instrument Companies, este método também é baseado em um
critério de razão de decaimento de 1/4 (como no método ZN), em resposta a
uma entrada degrau na planta.
O desejo também era de obter uma sintonia para processos com tempos
mortos mais elevados.
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Método da Integral do Erro (IAE e ITAE)
Um grupo de pesquisadores da Louisiana State University desenvolveu na
década de 60 uma metodologia para minimização de critérios de desempenho
baseados nas integrais de erro IAE e ITAE. A partir da resolução de um problema
de otimização multiobjetivo, foram obtidas regras ótimas de ajuste dos
parâmetros do controlador PID para diferentes conjuntos de parâmetros de um
modelo de primeira ordem com tempo morto.
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Método do Modelo Interno (IMC)
D. E. Rivera, M. Morari e S. Skogestad demonstraram analiticamente que a
estrutura IMC (Internal Model Control), proposta inicialmente por GARCIA C. E. e
MORARI (1982), quando utilizada para o projeto de controladores, conduz
naturalmente a um algoritmo de controle do tipo PID (ocasionalmente
aumentado por um filtro de primeira ordem), para um grande número de
modelos tipicamente encontrados nos processos industriais.
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Exemplo
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Exemplo com Matlab
Utilizando o arquivo utilizado no trabalho da primeira unidade (Grupoxx_sis01) e o
algoritmo do método de Smith para estimar K, Tau e D (parâmetros de primeira ordem da
planta). Depois, usando estes parâmetros calcule uma sintonia PI e uma PID utilizando pelo
menos 2 métodos vistos neste capítulo.