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AT: Esquemas especiais de controle
Conteúdo• Controle antecipatório.• Controle em cascata.• Controle de relação.
Vantagens:Muito simples.
Compensa o efeito sobre a variável controlada de todas as perturbações.
Ate aqui temos visto como solução para o controle, o controle com retroação (feedback) em malha fechada simples.
O controle com retroação tem
A desvantagem Que pode compensar uma perturbação só depois que avariável controlada se ha afeitado. A perturbação (e seu efeito) tem que se propagar por toda a malha antes que o controlador poda tomar alguma decisão.
Em estes casos podem se utilizar outros esquemas de controle, como são
Tem processos nos quais deve se atender este problema doefeito das perturbações sobre a variável controlada e sua correção de maneira prioritária,
Porque
Existem perturbações que atuam muito freqüentemente ou de forma muito forte
É muito importante que se mantenha a variável controlada nos valores muito pertos ao valor desejado (set point) pela afetação que pode produzir em outros sub-processos e na qualidade do produto final.
Controle antecipatório (feedforward).Controle em cascata
Vemos no seguinte exemploUm reator químico tanque-camiseta no que é preciso controlar a temperatura do produto.
CT
produto
camiseta
F1, 1
F1, 2
Fa, 3
Fa, 4
agua de esfriamento
O diagrama de blocos na malha convencional de controle é:
r
3
4
1
2Fa
F1
_
+
+
+
+
+_
+Gc Gv G1
G2
Hm
camiseta vaso
Como se observa no diagrama de blocos existem 3 perturbações que tem afetações na variável controlada:
a temperatura de entrada da água de esfriamento (3), a temperatura de entrada do produto (1) o caudal de entrada do produto ao reator (F1).
Para que o sistema de controle efetue uma correção, a ação de essa temperatura tem que se propagar até (2), logo se medir e ao final atuar sobre a válvula de controle
Se suponha que a temperatura da água de esfriamento (3) varia freqüentemente..
r
3
4
1
2Fa
F1
_
+
+
+
+
+_
+Gc Gv G1
G2
Hm
camiseta vaso
Uma maneira de melhorar esta situação é com o chamado
Controle Antecipatório (feedforward). No Controle Antecipatório se mede a perturbação e se alimenta para diante até atuar diretamente sobre a válvula.
Objetivo: que a saída do sistema (variável controlada) não seja afectada pela perturbação dada.
..(1)..........)()()( sXsGsC P
.......(3))()()()(
....(2))()()()()()()()(
sHsCsRsE
sGsGsEGsGsLsGsLsX
m
VCCAML
Substituindo (3) em (2) e logo (2) em (1) ficará
)(
)()()()(1
)()()()(
)()()()(1
)()()()()()( sR
sGsGsHsG
sGsGsGsL
sGsGsHsG
sGsGsGsGsGsC
VCmp
VCp
VCmp
VCAMLp
A saída variará porque varie a entrada de referência e porque varie a entrada perturbadora
Para que C(s) não seja afeitada por L(s),
0)()()()( sGsGsGsG VCAML(Condição de imperturbabilidade)
)()(
)()(
sGsG
sGsG
VM
LCA Controlador Antecipatório
.
Conclusão:Geralmente, na prática, a condição de imperturbabilidade não se alcança totalmente.
Considerações práticas:
Geralmente GL, GV, etc., se conhecem só aproximadamente, o se utilizam modelos para representá-los criados a partir de considerações que são aproximações da realidade.
A perturbação L(s) tem que se poder medir.
A GCA obtida pode não ser realizável exatamente e si tem vários zeros, isto faz com que o sistema resulte mais sensível ao ruído
Controle em Cascada com o qual se melhora apreciavelmente a qualidade do controle.
Controle em Cascata:
O processo pode se descompor em dois sub-processos nos queexiste uma variável intermédia que é afetada também pela perturbação principal
É esse efeito acontece antes do efeito da perturbação sobre a variável controlada
Quando
se pode estabelecer um esquema
Utilizando como exemplo o reator com controle de temperatura temos:
CT
produto
camiseta
F1, 1
F1, 2
Fa, 3
Fa, 4
agua de esfriamento
Observe que neste sistema há dois elementos que armazenam calor que podem ser considerados dois sub processos e de fato o são.
A temperatura é θ2
A temperatura é θ4
O líquido dentro do tanque
a Jaqueta Uma mudança nesta
pode afetar a esta
O controle em cascata do reator químico com controle de temperatura fica:
Controlador do laço interno
Controlador do laço externo
Controlador do laço interno
Controlador do laço externo
Controle em Cascata:
Quando a perturbação na malha interna começa a atuar, seu efeito se refletirá na variável intermédia do processo e através desta malha com o controlador secundário, corrigira o efeito antes que sua ação sobre a variável controlada seja apreciável.
A malha interna deverá ter um bom comportamento como servomecanismo, pois será constantemente afetado em sua referencia.
Considerações práticas:
Tem que existir una variável intermédia do processo que poda se medir.
O melhor efeito sobre as perturbações se obtém quando a perturbação mais freqüente e mais forte está na malha interna de controle.
Acostuma-se a usar ação P no laço interno com alta ganho para que a resposta seja rápida e controle PI no laço externo para garantir zero erro em estado estacionário
Utilizam-se dois esquemas básicos de controle de relação.
Controle de relação:
Em muitos processos tecnológicos, é necessário manter uma relação constante entre duas variáveis do mesmo, geralmente entre dois fluxos.
Normalmente se medem ambos fluxos, mas é só um é controlado.
Neste esquema ambos fluxos são medidos e se calcula sua relação.
Esta relação é comparada com uma relação de referencia e a diferencia entre ambas é o sinal que se aplica ao controlador, o qual atua sobre a válvula que regula o fluxo B.
Primeiro esquema básico
Segundo esquema básico
Neste esquema a medição do fluxo A se multiplica pela relação desejada, se obtendo o valor adequado de B como set point para comparar com a medição de B
A diferencia entre ambas se aplica ao controlador, o qual regula o fluxo B.
.
.
Algumas aplicações do Controle de Relação:
Para manter uma relação constante entre o fluxo de alimentação e o vapor no aquecedor de uma torre de destilação
Para manter constante a relação de refluxo em uma coluna de destilação
Para controlar a relação entre os valores dos reativos que entram a um reator químico
Para manter constante a relação ar – combustível ao queimador de uma caldeira
Para manter a relação entre os valores de una mistura. etc
EXEMPLOS
Tem-se o seguinte sistema:
Encontre o controlador anticipatorio Ga que garantirá que a perturbação afete o menos possível à saída
014
5.04)(
GaS
sL 014
5.04
GaS
414
5.0
Ga
S)14(8
5.0
)14(4
S
SGa
GA é um controlador PD
A seguir se mostra um esquema em cascata para um sistema de controle
Deseja-se sintonizar ambos os controladores em modo P para obter as seguintes especificações:----A resposta à mudança degrau do laço interno deve estabilizar-se em 10 segundos----A resposta à mudança degrau do sistema em conjunto deve estabilizar-se com um erro menor do 1 %
segTTts 5.24
10 4 laço interno
1
15
1
1515
1
15
2
2
2
2
2
2
2
S
Kc
KcKc
KcS
Kc
SKcSKc
FTLin
5.21
5
2
Kc
12 Kc
15.2
5.0
111
511
1
SS
FTLin
50/)5.01(45.0
50/)5.01(
)5.01(
5.0
50/)5.01(45.0
50/5.0
5.015.2250
5.0
1201
*15.2
5.0*1
1201
*15.2
5.0*
22
2
2
2
22
2
22
2
2
2
KcSS
Kc
Kc
Kc
KcSS
Kc
KcSS
Kc
SSKc
SSKc
FTLext
200
198
01.05.01
1
5.01
5.01
2
2
22
2
Kc
Kc
KcKc
KcCssRssEss
BibliografiaNotas do professor