5 estabilidade e sintonia de processo-lamartine(ppt3)

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Estabilidade do Processo

Critérios de EstabilidadeSintonia de Controle

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

JosJoséé Lamartine de A. Lima Neto / CEFETLamartine de A. Lima Neto / CEFET--BA 2008.1BA 2008.1

Desempenho de uma Malha de Controle

O que é um bom controle?

Um bom controle consegue promover:

Estabilidade;Boa velocidade de resposta;Sensibilidade;Exatidão, etc.

Na sequência destes slides veremos como.


Mesmo com realimentação os sistemas podem tornar-se instáveis.

Os sistemas estáveis atingem um ponto de equilíbrio e permanecem neste estado.

Sistemas instáveis não possuem ponto de equilíbrio.

ESTABILIDADE

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-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.



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.


VELOCIDADE DE RESPOSTA

Quão rapidamente a saída atinge o valor em regime.

Respostas em regime transitório e em regime permanente

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SENSIBILIDADE

A sensibilidade de um sistema é a medida de quão sensível é a saída devido a mudanças nos valores dos componentes físicos ou condições ambientais.


OUTRAS CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES

a)Exatidão aumentada: capacidade de reproduzir a entrada com fidelidade.

b)Sensibilidade reduzida - não altera a saída em função de variações nas características do sistema.

c)Redução do efeito da não-linearidade e distorções.d)Largura de Faixa aumentada - a largura de faixa de um

sistema é a faixa de freqüência na qual o sistema responderá satisfatoriamente.

e)Tendência para oscilação ou instabilidade.


Sintonia de Controle

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Sintonia de Controle

Procedimento que visa adequar os ajustes dos componentes malha como controlador (PID), transmissor, transdutor, EFC, etc., com as

características fixas do processo (Capacitância, Resistência, Tempo morto, constante de tempo, etc)


Critérios de Desempenho de uma Malha de Controle

Critério da Taxa de Amortecimento ou Área Mínina

Critério do Distúrbio Mínimo

Critério da Amplitude Mínima

Ação proporcional

Ação Integral

Ação Derivativa

Se consegue adequando isso!


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Critério da taxa de amortecimento mínima

O desvio que correlaciona a menor amplitude entre dois picos sucessivos é 0,25, ou seja cada onda será um quarto da precedente

Se aplica aos processos onde a duração do desvio é tão importante quanto a amplitude do mesmo.

Existem processos onde desvio além de uma faixa estreita podem ocasionar um produto fora de especificação.


Critério do distúrbio mínimo

As ações de controle deverão criar o mínimo de distúrbio à alimentação do agente de controle e a saída do processo.

Aplica-se a malhas de controle onde as ações corretivas constituem distúrbios aos processos associados.

Correções repentinas ou cíclicas a uma válvula de controle de vapor pode desarranjar a alimentação de vapor e causar sérios distúrbios a outros processos alimentados pela mesma linha.


Critério da amplitude mínima

A amplitude do desvio deverá ser mínima. A amplitude do desvio émais importante que sua duração.

Aplica-se especialmente aos processos onde o equipamento ou o produto podem ser danificados por desvios excessivos, mesmo sendo de pouca duraçãoUma ultrapassagem mesmo temporária de temperatura pode queimar o metal e reduzir consideravelmente sua qualidade.Nitração do tolueno na fabricação de TNT (explosivo). 5oF

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Métodos de Sintonia de Controle

Tipo FEEDBACKMétodos de aproximações sucessivas ou tentativa e erro

Métodos que necessitam de identificação do processo

Métodos de ZIEGLER e NICHOLS em malha fechada

Métodos de auto-sintonia


Consiste em modificar as ações de controle e observar os efeitosna variável de processo.

Passos:

1. Eliminar a ação integral (Ti =Infinito) e a ação derivada (Td = 0)

2. Coloque K num valor baixo (Kc = 0,5) e coloque o controlador em automático.

3. Aumente o Kc aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos de servos e regulador.

Método de aproximações sucessivas ou tentativa e erro


4. Reduza Kc a metade

5. Diminua Ti aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos servos e regulador. Ajuste Ti para 3 vezes o valor.

6. Aumente Ti aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos servos e regulador. Ajuste Ti para 1/3 do valor


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O valor de Kc quando o processo ciclacontinuamente é chamado de último ganho (ultimate gain) sendo representado por Kcu.



Método de aproximações sucessivas ou tentativa e erro - Desvantagens


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Método que necessitam identificação do processo





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É um dos métodos que permite o cálculo das ações de controle sem a necessidade dos parâmetros do processo.

O critério de desempenho escolhido por Ziegler e Nichols foi o de resposta de amortecimento de 1/4

Método de ZIEGLER e NICHOLS



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6.12



O teste termina quando se obtém uma oscilação contínua da variável do processo como mostrado na figura ao lado

Anotar o ganho do controlador que ocasionou a oscilação contínua (Gcr)

Diminuir o ganho proporcional para estabilizar a variável controlada (PV)

Medir o período T


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O sistema é excitado por um relé que causa oscilações no sistema com pequena amplitude. A amplitude pode ser restrita pelo ajuste da amplitude de entrada.

Normalmente um experimento em malha fechada é suficiente para encontrar o modêlo dinâmico, e o experimento não requer alguma informação prévia do modêlo.


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2 parâmetros a ajustarPode causar oscilação

Elimina off-setMudança noSP causamenor )MV

Integral + Proporcional

I-P

3 parâmetros a ajustarMuito sensível a ruído

Elimina off-setDiminui oscil.)SP causa

menor )MV

Integral + Proporcional+ Derivativo

I-PD

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 +

IntegralPI

permite off-setSimplesPoucosparâmetros

ProporcionalP

DesvantagensVantagensEquação do controladorTipo de controlador

( )

( ) biasPVSPBP

tOutou

biasPVSPKctOut

+−⋅=

+−=

100)(

.)(

biasdtIKctOut

ou

biasdtKctOut

t

t

I

++=

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0

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.

.

..)(

1.)(

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( )

( ) biasdtIPVKctOut

ou

biasdtPVKctOut

t

t

I

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+

+∆−=

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1.)(

ε

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biasdtdDdtIKctOut

ou

biasdtddtKctOut

t

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t

I

+⋅++=

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εεε ττ

0

0

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1.)(

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( ) ( ) biasdtPVdDdtIPVKctOut

oudtPVddtPVKctOut

t

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t

I

+∆−

⋅++∆−=

∆−⋅−+∆−=

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∫

0

0

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1.)(

ε

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Agradecimento ao Prof. Ricardo Kalid - UFBa


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1.)(

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ε ττ

Variável muito lenta Controlador escravoda malha cascata

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

Integral + Proporcional

I-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

+ DerivativoPID

Variável muito lenta

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

Proporcional+Integral

PI

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

L (nível)P (pressão)F (vazão)

ProporcionalP

NÃO é recomendado paraRecomendado paraEquação do controladorTipo de

controlador

Agradecimento ao Prof. Ricardo Kalid - UFBa

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Obrigado pela atenção !!!

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