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Professora Janaina Arantes AÇÕES DE CONTROLE AÇÕES BÁSICAS Os controladores industriais podem ser classificados conforme ação de controle: •liga-desliga (on-off); •proporcionais; •integrativo; •proporcional-mais-integrativo; •proporcional-mais-derivativo; •proporcional-mais-integral-mais derivativo; Professora Janaina Arantes Características: a) A correção independe da intensidade do desvio b) O ganho é infinito c) Provoca oscilações no processo d) Deixa sempre erro de off-set CONTROLE ON / OFF LIGA/DESLIGA y(t) medida u(t) saída do controlador Valor médio Valor desejado “off-set” on off COMANDO Professora Janaina Arantes u(t) saída do controlador VP - Variável de Processo S0 VP = SP SP - Setpoint MV – Sinal de saída do controlador 0P SDV.KMV CONTROLE P y(t) medida onde: MV = Sinal de saída do controlador Kp = Constante de proporcionalidade ou ganho proporcional DV = Desvio = |VP - SP| S0 = Sinal de saída inicial VP = Variável do processo (PV) SP = setpoint COMANDO PROPORCIONAL Professora Janaina Arantes PROPORCIONAL CONTROLE P Características: •Correção proporcional ao desvio •Realimentação negativa •Acelera a resposta de um processo controlado •Aumenta overshoot e o tempo de estabilização •Deixa erro de offset após variação de carga A relação entre a saída do controlador, u(t) e o sinal de erro atuante, e(t) é igual a uma constante, Kp (sensibilidade proporcional ou ganho) Esse tipo de controlador é essencialmente um amplificador com um ganho ajustável Professora Janaina Arantes VP - Variável de Processo S0 SP - Setpoint MV – Sinal de saída do controlador SodtDVtKi)t(MV t 0 CONTROLE I onde: MV = Sinal de saída do controlador Ki = Constante ajustável ou ganho integral DV = Desvio = |VP - SP| S0 = Sinal de saída inicial VP = Variável do processo (PV) SP = setpoint (Desejado) COMANDO u(t) saída do controlador y(t) medida VP = SP INTEGRATIVO Professora Janaina Arantes INTEGRATIVO CONTROLE I )( )( teK d tdu i Saída do controlador, u(t), varia a uma taxa proporcional ao sinal de erro atuante, e(t) taxa de variação t dtteKitu 0 )()( controle constante ajustável Características: •Correção depende do erro e do tempo em que ele perdurar. •Ausência do erro de off-set, reduz o tempo de subida •Quanto maior o erro maior será velocidade de correção. •O movimento do atuador não muda de sentido enquanto o sinal do desvio não se inverter •Produz respostas lentas e oscilatórias - tende a instabilizar a malha •Aumenta o “overshoot”, o período de oscilação e tempo de estabilização Professora Janaina Arantes PROPORCIONAL - INTEGRAL Característica: eliminar oscilações e offset atenção para utilizar a ação integral, pois se o processo apresenta mudanças rápidas, esta ação pode introduzir oscilações que implicariam numa instabilidade do sistema CONTROLE PI t dtte Ti Kp teKptu 0 )()()( controle tempo integral constante proporcional (ganho) Taxa de Restabelecimento (reset) número de vezes, por minuto, que a parte proporcional é duplicada [repetições/min] Ti fi 1 Professora Janaina Arantes onde: MV = Sinal de saída do controlador Kp = Constante de proporcionalidade Ki = Constante ajustável ou ganho integral DV = Desvio = |VP - SP| S0 = Sinal de saída inicial VP = Variável do processo (PV) SP = setpoint Característica: eliminar oscilações e offset atenção para utilizar a ação integral, pois se o processo apresenta mudanças rápidas, esta ação pode introduzir oscilações que implicariam numa instabilidade do sistema Sodt.DVKi.KpDV.Kp)t(MV t 0 CONTROLE PI VP - Variável de Processo S0 SP - Setpoint MV – Sinal de saída do controlador COMANDO u(t) saída do controlador y(t) medida VP = SP PROPORCIONAL - INTEGRAL Professora Janaina Arantes So dt de TdMV onde: de/dt = Taxa de variação do desvio So = Saída para desvio zero Td = Tempo derivativo VP - Variável de Processo S0 SP - Setpoint MV – Sinal de saída do controlador COMANDO u(t) saída do controlador y(t) medida VP = SP CONTROLE D DERIVATIVO Professora Janaina Arantes DERIVATIVO CONTROLE D So dt de Tdtu )( controle No instante em que o desvio tende a acontecer, fornece uma correção para prevenir o sistema quanto ao aumento do desvio, diminuindo o tempo de resposta Característica: •Correção antecipada do desvio •Usada para acelerar e estabilizar a malha •Reduz o “overshoot” e o período de oscilação •Não é indicada para processos com ruído Professora Janaina Arantes PROPORCIONAL-DERIVATIVO CONTROLE PD dt tde TdKpteKptu )( )()( tempo derivativo constante proporcional (ganho) Sua ação tem caráter antecipatório, entretanto, Sua desvantagem é amplificar os sinais de ruído e causar efeito de saturação no atuador Nunca usado sozinho, pois é efetivo só durante os períodos transitórios Professora Janaina Arantes CONTROLE PID Combinação: da ação de controle proporcional, da ação de controle integral e da ação de controle derivativa dt tde TdKpdtte Ti Kp teKptu t )( )()()( 0 tempo derivativo constante proporcional (ganho) tempo integrativo Possui as vantagens de cada uma das três ações de controle individuais PROPORCIONAL-DERIVATIVO Professora Janaina Arantes PID – Padrão ISA CONTROLE PID Professora Janaina Arantes PID – Série CONTROLE PID Professora Janaina Arantes PID – Paralelo CONTROLE PID Professora Janaina Arantes CONTROLE PID Relação entre os parâmetros: Professora Janaina Arantes PID EXEMPLOS INTEGRADOR DERIVADOR Professora Janaina Arantes PID EXEMPLOS NA PRÁTICA INTEGRADOR DERIVADOR 1.1.2 1 CR Fc CFRF Fc ..2 1 Professora Janaina Arantes AJUSTE Sintonizar controladores PID, geralmente é uma tarefa empírica realizada por operadores e técnicos Consiste em variar os ganhos e tempos do controlador e avaliar o impacto destas variações junto a variável de saída do processo Professora Janaina Arantes AJUSTE A boa sintonia é um compromisso entre a estabilidade/robustez e a velocidade de resposta/desempenho Sintonizar é parte de um processo para reduzir variações Não existe regra geral única para todos os casos O sucesso da sintonia depende de vários fatores como: conhecimento, método, ferramentas adequadas e principalmente experiência Professora Janaina Arantes AJUSTE Métodos Práticos Consiste em deduzir valores que conduzam ao cálculo dos parâmetros partindo da resposta do sistema quando sujeito a entradas específicas Método Analítico Para uma aplicação específica, sempre que a função de transferência do sistema é conhecida. Professora Janaina Arantes AJUSTE Objetivos da sintonia Encontrar os parâmetros proporcional, integral e derivativo para atender critérios como: • Minimizar variações em operação normal • Reduzir ou anular overshoot para mudanças de setpoint •Atingir rapidamente o novo setpoint • Operação estável do controlador mesmo para alterações significativas nos parâmetros do processo (robustez) Professora Janaina Arantes AJUSTE Critérios de sintonia Professora Janaina Arantes AJUSTE Procedimento geral de sintonia 1. Testes de variação 2. Identificação do processo 3. Escolha do método de sintonia 4. Cálculo dos parâmetros 5. Análise da robustez (estabilidade) 6. Testes de performance Professora Janaina Arantes ATIVIDADE 6 Pesquisar sobre sintonia de controladores PID por métodos práticos: •Método da Sensibilidade Limite •Método da Curva de Reação •Método usando Lugar das Raízes Individual Arquivo eletrônico (8ª semana) – portal
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