Controlador + sintonia

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Elementos de uma Malha de Controle

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Elementos de uma Malha de Controle

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Controle por Realimentação

LIC

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Controlador

Ações de controle:

Liga-Desliga Proporcional Integral Derivativo

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Controlador Ação Liga-Desliga:

O elemento final de controle só pode assumir duas posições: Desligado (Aberto) ou Ligado (Fechado).

LigadoDesligado

PVSet Point

tempo

Desligado

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Ação Liga-Desliga Faixa Morta:

Exemplo: Compressor de ar

LigadoDesligado

Lim. Inf.

Lim. Sup.

t

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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.

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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.

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Ação Proporcional Conceito:

O tamanho da resposta é proporcional ao tamanho do erro.

eBP

eKSS pO

% 100SS

ou

O

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Ação Proporcional

PV

SP

0 ºC 200 ºC

100

Ação:

PV =

SP =

e =

k =

BP =

So =

S =

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Ação Proporcional

Page 11: Controlador + sintonia

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

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Ação Integral Unidade:

Repetição/Minuto. Minuto/Repetição.

Page 13: Controlador + sintonia

Ação Integral

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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

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Ação Derivativa

Amplificação de Ruído pela Derivada

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Resposta de um Controle PI e PID

Processo com um grande tempo morto

PID

PI

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR P

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PI - SÉRIE

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PI - PARALELO

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PD - SÉRIE

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PD - PARALELO

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo no Erro

i

di

T

TTα

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo na VP

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – PARALELO – Derivativo no Erro

t

DIP Biasdt

EdKdtEKEKCV

0

)()()(

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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 )(

)()(

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – Misto – Derivativo no Erro

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Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – MISTO – Derivativa na VP

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Estrutura Interna dos Controladores

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Estrutura Interna dos Controladores

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Estrutura Interna dos Controladores

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Estrutura Interna dos Controladores

Page 32: Controlador + sintonia

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.

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Resistência

Resistência – São as partes do processo que resistema uma transferência de energia ou de material.

Page 34: Controlador + sintonia

Capacitância

Capacitância é um elemento do processo capaz de Acumular matéria ou energia.

A capacitância tende a atenuar os distúrbios do processo.

Page 35: Controlador + sintonia

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

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Controlador Sintonia de Controlador:

Método da Oscilação Amortecida Método Final

Controle das Variáveis:

Pressão Temperatura Vazão Nível

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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.

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Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade

Limite

Instável,Amplitudecrescente

Ciclo contínuoGanho crítico ePeríodo crítico

Estávelamortecida

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Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade

Limite

-CONTROLADOR PROPORCIONAL

KP = 0,5Ku

-CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL

KP = 0,45Ku

TI = PU/1,2

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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 )

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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

Page 42: Controlador + sintonia

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

Page 43: Controlador + sintonia

Critérios de SintoniaMétodo da Curva de

Reação

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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.

Page 45: Controlador + sintonia

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.

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Método Dinâmico - Oscilação amortecida

Page 47: Controlador + sintonia

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

Page 48: Controlador + sintonia

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.

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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.

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Método Estático - Método Final

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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

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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

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Controle de Pressão

Ação de controle: Proporcional com banda estreita para

processo que admite pequeno off set. Proporcional + Integral.

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Controle de Temperatura

Ação de controle: Proporcional + Integral + Derivativo.

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Controle de Vazão

Ação de controle: Proporcional + Integral.

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Controle de Nível

Ação de controle: Proporcional com

banda estreita para processo que admite pequeno off set.

Proporcional + Integral.