Elementos de uma Malha de Controle
Controle por Realimentação
LIC
Controlador
Ações de controle:
Liga-Desliga Proporcional Integral Derivativo
Controlador Ação Liga-Desliga:
O elemento final de controle só pode assumir duas posições: Desligado (Aberto) ou Ligado (Fechado).
LigadoDesligado
PVSet Point
tempo
Desligado
Ação Liga-Desliga Faixa Morta:
Exemplo: Compressor de ar
LigadoDesligado
Lim. Inf.
Lim. Sup.
t
Ação Liga-Desliga Aplicação:
Não se requer o controle preciso e a medição pode oscilar constantemente.
A relação entre tempo morto e constante de tempo é pequena para evitar amplitudes muito grandes no ciclo da medição.
O processo é lento, podendo suportar grandes variações da demanda, tendo uma pequena amplitude e um longo período de oscilação.
Ação Proporcional Ação do Controlador:
Direta: (PV - SP) Inversa: (SP - PV)
Propriedades Dinâmicas:
A variação da saída ocorre simultaneamente com a variação do erro.
O valor do erro para uma dada BP gera um único valor de saída.
Ação Proporcional Conceito:
O tamanho da resposta é proporcional ao tamanho do erro.
eBP
eKSS pO
% 100SS
ou
O
Ação Proporcional
PV
SP
0 ºC 200 ºC
100
Ação:
PV =
SP =
e =
k =
BP =
So =
S =
Ação Proporcional
Ação Integral Conceito: É proporcional a integral do erro em relação ao tempo. Repete a correção proporcional enquanto persistir o
erro. Anular o erro de off set.
edtT
eBP
SSi
O
1% 100
Ação Integral Unidade:
Repetição/Minuto. Minuto/Repetição.
Ação Integral
Ação Derivativa Conceito: Ação corretiva proporcional a derivada do erro em relação ao
tempo. Ação derivativa sente a velocidade de variação do erro e produz
uma componente corretiva proporcional a esta variação. Compensa o tempo morto do Processo. Valor excessivo leva a instabilidade.
dt
deTedt
Te
BPSS d
iO
1% 100
Ação Derivativa
Amplificação de Ruído pela Derivada
Resposta de um Controle PI e PID
Processo com um grande tempo morto
PID
PI
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR P
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PI - SÉRIE
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PI - PARALELO
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PD - SÉRIE
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PD - PARALELO
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo no Erro
i
di
T
TTα
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo na VP
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – PARALELO – Derivativo no Erro
t
DIP Biasdt
EdKdtEKEKCV
0
)()()(
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – PARALELO – Derivativo na VP
t
DIP Biasdt
PVdKdtEKEKCV
0
SP)-PV(E )(
)()(
t
DIP Biasdt
PVdKdtEKEKCV
0
PV)-SP(E )(
)()(
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – Misto – Derivativo no Erro
Estrutura Interna dos Controladores
CONTROLADOR PID – MISTO – Derivativa na VP
Estrutura Interna dos Controladores
Estrutura Interna dos Controladores
Estrutura Interna dos Controladores
Estrutura Interna dos Controladores
Tempo Morto
Tempo decorrido após ocorrência de um distúrbiono processo até que sejanotada uma mudança na saída do mesmo.
Tempo decorrido após ocorrência de um distúrbiono processo até que sejanotada uma mudança na saída do mesmo.
Resistência
Resistência – São as partes do processo que resistema uma transferência de energia ou de material.
Capacitância
Capacitância é um elemento do processo capaz de Acumular matéria ou energia.
A capacitância tende a atenuar os distúrbios do processo.
CapacitânciaCapacitância é uma medida das características próprias do processo para manter ou transferir a quantidade de energiaou de material com relação a uma quantidade unitária dealguma variável de referência.
Capacidade = ((5,64)24)/4=100 m3
Capacitância = 100/4= 25 m3/m
Capacidade = ((4)28)/4=100 m3
Capacitância = 100/8=12,5 m3/m
4 m
5,64 m
Controlador Sintonia de Controlador:
Método da Oscilação Amortecida Método Final
Controle das Variáveis:
Pressão Temperatura Vazão Nível
Critérios de SintoniaMétodo da Sensibilidade
Limite
ZIEGLER-NICHOLS
1 – Tirar a ação integral e a ação derivativa do controlador.
2 – Mantenha o controlador em malha fechada.
3 – Com o ganho proporcional num valor arbitrário, imponhaUm distúrbio no processo e observe a resposta.
Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade
Limite
Instável,Amplitudecrescente
Ciclo contínuoGanho crítico ePeríodo crítico
Estávelamortecida
Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade
Limite
-CONTROLADOR PROPORCIONAL
KP = 0,5Ku
-CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL
KP = 0,45Ku
TI = PU/1,2
Critérios de SintoniaMétodo da Curva de Reação
1) Abrir a malha de Controle.
2) Causar pequena e repentina mudança na entrada do
processo.
R = % da mudança da variável (VP) /tempoL = atraso de tempoV = porcentagem da variação da posição do
elemento final de controle usada para produzir a curva de reação ( abertura da válvula )
Critérios de SintoniaMétodo da Curva de Reação
-CONTROLADOR PROPORCIONAL
-BP(%) = 100 R·L/ V
-CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL
-BP(%) = 110 R·L/ V-TI(min) = L/0,3
KP = BP/100
Critérios de SintoniaMétodo da Curva de
Reação
CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO
-BP(%) = 83 R·L/ V-TI(min) = L/0,5-TD (min)= 0,5·L
Critérios de SintoniaMétodo da Curva de
Reação
Sintonia do Controlador Estabilidade do Processo:
Ganho total do sistema ser menor que 1.
Ângulo de fase igual a 180º. Critério de sintonia:
Método Dinâmico: Resposta de malha fechada com controlador em automático.
Método Estático: Resposta de malha aberta com controlador em manual.
Método Dinâmico - Oscilação amortecida
Procedimento: Controlador em automático. Eliminar ação integral (ajuste de Ti infinito). Eliminar ação derivativa(ajuste de Td zero). Com um ganho arbitrário, provoca-se uma pequena
variação, tipo degrau e observa-se a resposta. Ajuste o ganho do controlador de modo a se obter
uma curva de resposta com amortecimento de 4:1.
Método Dinâmico - Oscilação amortecida
Método Dinâmico - Oscilação amortecida
Ajuste dos Parâmetros: Ti = 0,667 *Período Td = 0,167*Período k = último ajusteAs desvantagens desse método são: O método da oscilação amortecida é de
tentativa e erro, portanto, requer paciência e experiência.
O método requer uma perturbação ao processo
Método Estático - Método Final
Método desenvolvido em 1942 por Ziegler e Nichols.
O método consiste em encontrar o maior ganho (ganho final) apenas com a ação Proporcional que sistema ainda seja estável.
Método Estático - Método Final
Procedimento: Controlador em Manual. Eliminar ação integral (ajuste de Ti infinito). Eliminar ação derivativa(ajuste de Td zero). Com um ganho arbitrário, provoca-se uma pequena
variação, tipo degrau e observa-se a resposta. Aumente o ganho do controlador e aplique um
degrau no set point até se obter uma oscilação constante na saída.
Método Estático - Método Final
Método Estático - Método FinalAjuste dos Parâmetros: Proporcional:
BPf = 2*BPc Proporcional + Integral:
BPf = 2,2*BPc Ti = 0,83* Pc
Proporcional + Integral + Derivativo BPf = 1,67*BPc Ti = 0,5*Pc Td = 0,125*Pc
Método Estático - Método Final
As desvantagens desse método são: O método é de tentativa e erro, portanto,
requer paciência e experiência. O método requer uma perturbação ao
processo
Controle de Pressão
Ação de controle: Proporcional com banda estreita para
processo que admite pequeno off set. Proporcional + Integral.
Controle de Temperatura
Ação de controle: Proporcional + Integral + Derivativo.
Controle de Vazão
Ação de controle: Proporcional + Integral.
Controle de Nível
Ação de controle: Proporcional com
banda estreita para processo que admite pequeno off set.
Proporcional + Integral.