Ações de Controle Básica e Controladores Automáticos

Industriais

Mestrado em Engenharia da Computação

Cleber Schroeder Fonseca

Ações de Controle Básicas

• Controladores de duas posições

• Controladores proporcionais

• Controladores do tipo integral

• Controladores do tipo proporcional e integral

• Controladores do tipo proporcional e derivativo

• Controladores do tipo proporcional, integral ederivativo

Controladores de duas posições

• Em um sistema de controle de duas posições, oelemento atuante possui apenas duas posições fixas.

• É um sistema relativamente simples e barato, por issomuito utilizado.

u(t) = U1, para e(t) > 0

u(t) = U2, para e(t) < 0

Controladores proporcionais

Neste tipo de controle a relação entre o sinal de saída é:

u(t) =Kp.e(t)

Controladores integrais

Neste controle o valor do sinal de saída é variadosegundo um sinal de erro atuante.

du(t)

dt= Kie(t)

Controladores do tipo proporcional e integral

Neste controle o valor do sinal de saída é variadosegundo um sinal de erro atuante.

u(t) = Kpe(t)+Kp

Tie(t)dt

0

t

òU(s)

E(s)= Kp(1+

1

Tis)

Controladores do tipo proporcional e derivativo

Neste controle o valor do sinal de saída é variadosegundo um sinal de erro atuante.

u(t) = Kpe(t)+KpTdde(t)

dt

U(s)

E(s)= Kp(1+Tds)

Controladores do tipo proporcional, integral e derivativo

Este controle é combinação dos três controles com asprincipais vantagens de cada um deles.

u(t) = Kpe(t)+Kp

Tie(t)dt

o

t

ò +KpTdde(t)

dt

U(s)

E(s)= Kp(1+

1

Tis+Tds)

Efeito do sensor no desempenho do sistema

• O sensor representa um papel importante na determinação do desempenho global do sistema de controle.

• O sensor normalmente determina a função de transferência no ramo de retroação.

Efeito das ações de controle Integral e Derivativa

Ação do controle integral

No controle proporcional de um processo, o sinal decontrole, em qualquer instante é igual á área sob a curvado sinal de erro atuante até aquele instante.

A ação de controle integral, embora remova o erroresidual ou erro em regime estacionário, pode resultarem uma resposta oscilatória com amplitude lentamentedecrescente ou mesmo com amplitude crescente, ambasusualmente indesejáveis.

Ação de controle derivativa

Quando adicionada a um controlador proporcional,propicia um meio de obter um controlador com altasensibilidade.Antecipa o erro atuante e inicia uma ação corretiva maiscedo, tendendo a aumentar a estabilidade do sistema.

Controladores Pneumáticos e Hidráulicos

• A forma mais versátil de transmitir sinais são osfluidos.

• São amplamente usados na indústria.

• Pneumáticos descrevem sistemas que utilizam o arou gases.

• Hidráulicos descrevem sistemas que utilizam líquidoscomo óleo.

Comparação entre sistemas pneumáticos e hidráulicos

1. O ar e os gases são compreensíveis, enquanto o óleo éincompreensível.

2. O ar é desprovido de propriedades lubrificantes e semprecontém vapor d`água. O óleo funciona como fluido hidráulico etambém como lubrificante.

3. A pressão de operação normal de sistemas pneumáticos émuitíssimo mais baixa do que a dos sistemas hidráulicos

4. As potencias de saída dos sistemas pneumáticos sãoconsideravelmente menores do que a dos sistemas hidráulicos

5. A precisão dos atuadores pneumáticos é deficiente nas baixasvelocidades, enquanto a precisão dos atuadores hidráulicospode ser satisfatória em todas as velocidades.

6. Em sistemas pneumáticos, a fuga externa é permissível atécerto ponto, mas a fuga interna deve ser evitada porque adiferença de pressão efetiva é um tanto pequena. Nos sistemashidráulicos, a fuga interna é permissível até certo ponto, mas afuga externa deve ser evitada

7. Não são requeridas tubulações de retorno em sistemaspneumáticos que utilizam ar, mas elas são sempre necessáriasem sistemas hidráulicos

8. A temperatura de operação normal em sistemas pneumáticos éde 5º a 60ºC, no entanto pode ser operado na faixa de 0º a200ºC. Os sistemas hidráulicos são muito suscetíveis atemperatura devido ao atrito do fluído, a operação normal sedá de 20º a 70ºC

9. Sistemas pneumáticos são a prova de fogo e de explosão,enquanto os sistemas hidráulicos não o são

Controladores eletrônicos

Amplificadores operacionais

São frequentemente utilizados para amplificar sinais em circuitos sensores e em filtros com propósitos de compensação.

e0 =K(e2 -e1) = -K(e1 -e2 )

Amplificador Inversor

É um amplificador operacional que inverte o sinal de saída

e0 = -R2

R1

e1

i1 =ei - e '

R1

i2 =e '- e0

R2

Por definição

Uma vez que apenas uma corrente desprezível flui para oamplificador, a corrente i1 deve ser aproximadamente igual àcorrente i2

ei - e '

R1

=e '- e0

R2

Como K(0-e’)=e0 e K >> 1, o valor de e’ deve ser ≅ 0

ei

R1

=-e0

R2

Ou

Amplificador não-inversor

e0 = K(ei -R1

R1 +R2

e0 )

Onde K é o ganho diferencia do amplificador

ei = (R1

R1 +R2

+1

K)e0

Como K >> 1, se R1/R1+R2 >> 1/K

e0 = (1+R2

R1

)ei

Muito Obrigado a todos!