4 acoes de controle pid-lamartine(ppt3)

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JosJoséé Lamartine de A. Lima Neto / CEFETLamartine de A. Lima Neto / CEFET--BA 2007.2BA 2007.2

AAçõções de controle PIDes de controle PID

Autor: José Lamartine de A. L. NetoProfessor das disciplinas “Controle de Variáveis Industriais” e

“Controle Avançado de Processos Industriais” do curso técnico de Automação Industrial do CEFET-BA


Estabilidade do ProcessoEstabilidade do Processo

-A finalidade do sistema de controle é a de produzir o processo estável, com uma resposta desejada aos distúrbios do processo.

-O bom sistema de controle deve estabilizar o processo, que seria instável sem o sistema de controle.

-O sistema é estável, se para qualquer entrada limitada a saída é também limitada.


Estabilidade do ProcessoEstabilidade do Processo

O sistema é instável quando a introdução de um distúrbio no processo, mesmo transitório,

provoca a oscilação na variável ou a leva para um valor que cresce

continuamente.

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LocalizaLocalizaçãção das Ao das Açõções de Controlees de Controle


Controle AutomControle Automááticotico

Mantém os processos industriais dentro de seus pontos operacionais mais eficientes;

• On-Off• Proporcional• Integral• Derivativa

AÇÕES DE CONTROLE


ONON--OFF (LIGAOFF (LIGA--DESLIGA)DESLIGA)

De todas as aDe todas as açõções de controle, a aes de controle, a açãção em duas o em duas posiposiçõções es éé a mais simples e tamba mais simples e tambéém a mais barata, m a mais barata, e por isso e por isso éé extremamente utilizada tanto em extremamente utilizada tanto em sistemas de controle industrial como domsistemas de controle industrial como domééstico.stico.

Como o prComo o próóprio nome indica, ela sprio nome indica, ela sóó permite duas permite duas posiposiçõções para o elemento final de controle, ou seja: es para o elemento final de controle, ou seja: totalmente aberto ou totalmente fechado.totalmente aberto ou totalmente fechado.

Assim, a variAssim, a variáável manipulada vel manipulada éé rapidamente rapidamente mudada para o valor mmudada para o valor mááximo ou o valor mximo ou o valor míínimo, nimo, dependendo se a varidependendo se a variáável controlada estvel controlada estáá maior ou maior ou menor que o valor desejado.menor que o valor desejado.

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Devido a isto, o controle com este tipo Devido a isto, o controle com este tipo de ade açãção fica restrito, pois este tipo de o fica restrito, pois este tipo de controle ncontrole nãão proporciona balano proporciona balançço exato o exato entre entrada e saentre entrada e saíída de energiada de energia





Neste sistema, para se efetuar o controle de nNeste sistema, para se efetuar o controle de níível, vel, utilizautiliza--se um flutuador para abrir ou fechar o contato se um flutuador para abrir ou fechar o contato (S) de energia de um circuito de alimenta(S) de energia de um circuito de alimentaçãção da o da bobina de uma vbobina de uma váálvula do tipo solenlvula do tipo solenóóide. ide.

Esta solenEsta solenóóide estando energizada permite ide estando energizada permite passagem da vazpassagem da vazãão mo mááxima e estando xima e estando desenergizada bloqueia totalmente o fluxo do desenergizada bloqueia totalmente o fluxo do llííquido para o tanque. quido para o tanque.

Assim este sistema efetua o controle estando Assim este sistema efetua o controle estando sempre em uma das posisempre em uma das posiçõções extremas, ou seja, es extremas, ou seja, totalmente aberto ou totalmente fechado.totalmente aberto ou totalmente fechado.

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CaracterCaracteríísticas bsticas báásicas do controle ONsicas do controle ON--OFFOFFa) A correa) A correçãção independe da intensidade do desvioo independe da intensidade do desviob) O ganho b) O ganho éé infinitoinfinitoc) Provoca oscilac) Provoca oscilaçõções no processoes no processo

ConclusConclusããooO controle atravO controle atravéés da as da açãção em duas posio em duas posiçõções es éé

simples e econsimples e econôômico, sendo portanto utilizado mico, sendo portanto utilizado largamente nos dias atuais principalmente, os largamente nos dias atuais principalmente, os controles de temperatura nos fornos elcontroles de temperatura nos fornos eléétricos tricos pequenos, fornos de secagem, etc.pequenos, fornos de secagem, etc.


AlgumasAlgumas configuraconfiguraçõçõeses do PIDdo PID

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AAçãção Proporcionalo Proporcional

AAçãção de controle no qual a ao de controle no qual a açãção o corretiva produzida por este corretiva produzida por este instrumento instrumento éé proporcional ao valor do proporcional ao valor do desvio (ou erro). desvio (ou erro). Quanto maior o desvio (ou erro), maior Quanto maior o desvio (ou erro), maior serseráá o sinal de correo sinal de correçãção e viceo e vice--versa.versa.AC ~ ADAC ~ ADTal aTal açãção denominouo denominou--se ase açãção o proporcionalproporcional..



O efeito da ação proporcional é controlar a quantidade de energia no processo o mais próximo possível do ideal através da relação:

Sc = G . ( PV – SP ) + So

Onde: Sc = Sinal de saída do controladorG = ganho proporcionalPV = Variável de ProcessoSP = SetPointSo = BIAS (Polarizador)

Obs. PV – SP = e(t) ERRO ou DESVIO



O que é GANHO ?

G = ∆Sc / ∆e(t)

É a relação da variação de saída sobre a variação de entrada.

Gentrada saída

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No controlador proporcional outra forma de No controlador proporcional outra forma de expressar a relaexpressar a relaçãção entre entrada e sao entre entrada e saíída (e da (e nnãão sao saíída sobre entrada) recebe o nome da sobre entrada) recebe o nome de...de...

...BANDA (ou FAIXA) PROPORCIONAL...BANDA (ou FAIXA) PROPORCIONAL

BP (%) = 100% / GBP (%) = 100% / G

BP(%) = VariaBP(%) = Variaçãção de entrada necesso de entrada necessáária para ria para provocar 100% de variaprovocar 100% de variaçãção na sao na saíída.da.





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Erro de OffErro de Off--SetSet

OffOff--set set éé ““fora da referenciafora da referencia”” ..

A aA açãção proporcional elimina as oscilao proporcional elimina as oscilaçõções es no processo provocados pelo controle onno processo provocados pelo controle on--off, poroff, poréém o controle proporcional nm o controle proporcional nãão o consegue eliminar o erro de offconsegue eliminar o erro de off--set quando set quando houver um disthouver um distúúrbio qualquer no processo.rbio qualquer no processo.

O offO off--set set éé o erro que provoca a correo erro que provoca a correçãção, o, toda vez que ocorre mudantoda vez que ocorre mudançça de carga.a de carga.

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Após uma variação de set point a variável do processo buscará o SP em todos os casos

AAçãção Proporcional o Proporcional -- OffOff--SetSet

Após uma perturbação, a variável do processo afastar-se-a do setpoint.


Um aumento do Ganho do Controlador acelera a resposta do processo, provocando uma diminuição do OFF-SET, mas aumentando as oscilações.

O valor ótimo do Ganho do Controlador é aquele que resulta em uma respostarápida com bom amortecimento.

AAçãção Proporcional o Proporcional -- OffOff--SetSet


AAçãção Proporcional o Proporcional -- ControladorControlador

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AAçãção o ProporcionalProporcional--malhamalha abertaaberta

Amplitude da correAmplitude da correçãção o éé proporcional proporcional a amplitude do desvio a amplitude do desvio AC => ADAC => AD

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AAçãção Proporcional o Proporcional –– Ganho do controladorGanho do controlador


AAçãção Proporcional o Proporcional -- Exemplo de aplicaExemplo de aplicaçãçãoo


O objetivo da aO objetivo da açãção integral o integral éé eliminar o desvio entre a eliminar o desvio entre a varivariáável do processo e o SetPoint. vel do processo e o SetPoint.

O sinal de saO sinal de saíída do controlador da do controlador éé proporcional a proporcional a integraintegraçãção do erro (PVo do erro (PV--SP).SP).

AAçãção Integralo Integral

A ação integral é geralmente associada à ação proporcional.

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Um aumento excessivo da ação integral (diminuição de Ti), aumentaa instabilidade do processo.

O resultado é um compromisso entre a velocidade e a estabilidade


Ação Integral

Um aumento excessivo da ação integral (diminuição de Ti), aumenta a instabilidade do processo.

O resultado é um compromisso entre a velocidade e a estabilidade


AAçãção Proporcional + Integralo Proporcional + Integral

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AAçãção Proporcional + Integralo Proporcional + IntegralPar RC




AAçãção Integralo Integral Par RC

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AAçãçãoo ProporcionalProporcional + Integral+ IntegralSc = e(t).G + e(t).G.t/TI

erro, P, I e PI

0

5

10

15

20

25

30

%

erroProp (G=0,5)Int (1 rpm)Int (2 rpm)P+I (1 rpm)P+I (2 rpm)


AAçãçãoo ProporcionalProporcional + Integral+ IntegralSc = e(t).G + e(t).G.t/TI

Onde: G=0,5 e 1 RPM

P+I (VC=>AD)

0

5

10

15

20

25

erro (5)P+I (e=5)erro (7)P+I (e=7)



Velocidade da correVelocidade da correçãção o éé proporcional proporcional a amplitude do desvio a amplitude do desvio VC => ADVC => AD

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AAçãção Derivativao Derivativa

A ação derivativa tem o efeito de compensar o tempo mortodo processo. Ela estabiliza a malha, mas um valor excessivopode levar a mesma a oscilação ( instabilidade ).

S = Td⋅ d ( PV – SP )dt



O objetivo da funO objetivo da funçãção derivativa o derivativa éé compensar os efeitos do tempo compensar os efeitos do tempo morto do processo.morto do processo.

Tem um efeito estabilizante mas um valor excessivo pode gerar Tem um efeito estabilizante mas um valor excessivo pode gerar uma instabilidade.uma instabilidade.

A saA saíída do controlador derivativo da do controlador derivativo éé proporcional a derivada do proporcional a derivada do erro (PVerro (PV--SP).SP).


AAçãção Derivativa o Derivativa -- ControladorControlador

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AAçãção Derivativa o Derivativa -- ControladorControladorPar RC


AAçãção Derivativa (PI e PID)o Derivativa (PI e PID)

Sem Off-set


AAçãção Derivativa (PI e PID)o Derivativa (PI e PID)

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Controlador Proporcional+DerivativoControlador Proporcional+Derivativo



Amplitude da correAmplitude da correçãção o éé proporcional proporcional a velocidade do desvio a velocidade do desvio AC => VDAC => VD


AAçãção PIDo PID

Proporcional AC => AD

Integral VC => AD

Derivativo AC => VD

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AAçãçãoo PIDPID





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Qual tipo de controlador PID utilizar?Qual tipo de controlador PID utilizar?

3 parâmetros a ajustarMuito sensível a ruídoResposta vigorosaa mudança no setpoint

Elimina off-setDiminui aoscilação

Proporcional+ Integral

+ DerivativoPID

2 parâmetros a ajustarPode causar oscilaçãoResposta vigorosa amudança no setpoint

Elimina off-setProporcional+In

tegralPI

permite off-setSimplesPoucosparâmetros

ProporcionalP

DesvantagensVantagensEquação do controladorTipo de controlador

( )

( ) biasPVSPBP

tOutou

biasPVSPKctOut

+−⋅=

+−=

100)(

.)(

biasdtIKctOut

ou

biasdtKctOut

t

t

I

++=

+

+=

∫

∫

0

0

.

.

..)(

1.)(

εε

εετ

biasdtdDdtIKctOut

ou

biasdtddtKctOut

t

D

t

I

+⋅++=

+

⋅++=

∫

∫

εεε

εεε ττ

0

0

.

.

..)(

1.)(

Fonte: Ricardo Kalid / LACOI – DEQ – [email protected] ou [email protected]


Qual tipo de controlador PID utilizar?Qual tipo de controlador PID utilizar?

Variável muito lenta Controlador escravoda malha cascata

L (nível)P (pressão)F (vazão)T (temperatura)A (composição

Integral + ProporcionalI-P

L (nível)F (vazão)Controlador mestre

T (temperatura)A (composição

Integral + Proporcional+ Derivativo

I-PD

L (nível)F (vazão)

T (temperatura)A (composição

Proporcional+ Integral+ Derivativo

PID

Variável muito lenta

L (nível)P (pressão)F (vazão)T (temperatura)A (composição)

Proporcional+IntegralPI

T (temperatura)A (composição)Controlador escravoda malha cascata

L (nível)P (pressão)F (vazão)

ProporcionalP

NÃO é recomendadoparaRecomendado paraTipo de controlador

Fonte: Ricardo Kalid / LACOI – DEQ – [email protected] ou [email protected]


Obrigado pela atenObrigado pela atençãçãoo

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