7 controle multivariavel (ppt3) - em construcao

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Controle MultivariávelJosé Lamartine de A. L. Neto

Professor das disciplinas “Controle de Variáveis Industriais” e “Controle Avançado de Processos Industriais”

do curso técnico de Automação Industrial do CEFET-BA

José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2

Controle Auto-SeletorControle Feed-forwardControle de Caldeira


Controle Auto-Seletor

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Controle auto-seletor

O controle auto-seletor é também chamado de controle seletivo, limite, override ou cut-back.

Há situações onde a malha de controle deve conhecer outras variáveis controladas, por questão de segurança e controle. Isto é principalmente verdade em plantas altamente automatizadas, onde o operador não pode tomar todas as decisões nas situações de emergência, de partida e de parada do processo.


Controle auto-seletor - chaveados

O controle eletivo envolve um chaveamento na entrada do controlador, que recebe o sinal de dois transmissores de análise. Quando um deles falha, o outro assume a função de enviar o sinal de medição.


Controle auto-seletornível e vazão do tanque

O controle seletor envolve dois (ou mais) controladores com o chaveamento na saída, pois há um único elemento final de controle.

Em operação normal o controlador de vazão (FC) opera; quando o nível se aproxima de um valor crítico (muito baixo), automaticamente o controlador LC assume o controle. Nesta configuração, é necessário a proteção contra saturação do modo integral dos controladores, pois o controlador que está fora de controle, mas ligado, pode saturar se tiver a ação integral.

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Controle auto-seletorproteção contra saturação do modo integral

O controle de estrutura variável permite o controlador TICcontrolar o processo com uma válvula TVA, até que a pressão atinja valor perigoso.

Agora o controlador de pressão assume o controle da válvula principal e o controlador de temperatura atua na válvula secundaria, TVB. Também é necessária a realimentação externa ao modo integral ao PIC, para evitar a saturação da saída (não é necessária a realimentação ao TIC pois ele sempre está operando).


Controle de compressor - funcionamento

Depende basicamente de três variáveis:

1. a pressão de sucção, que não pode ser muito baixa. Se a pressão de sucção for muito baixa, há problema de cavitação e o compressor pode inverter o sentido do fluxo.

2. a carga do motor, que não pode ser muito alta, sob pena de se queimar o motor.

3. a pressão de descarga, não pode ser muito elevada. Se a pressão da descarga subir muito, a vazão após a válvula pode aumentar demais e ficar pulsante e descontínua.


Controle de compressor - constituição1. o transmissor e o controlador de pressão de sucção, de ação

direta.2. o transmissor de temperatura (ou corrente elétrica), proporcional

a carga do motor elétrico, com controlador de ação inversa.3. o transmissor e o controlador da pressão de descarga, com ação

inversa.4. o gerador de rampa, para a partida suave do sistema. O sinal

gerador manualmente deve ser da mesma natureza que os sinais de saída dos controladores.

5. o seletor de sinais, no caso seletor do sinal mínimo. Quando o equipamento é pneumático, é necessário se utilizar de vários reles, pois o relé pneumático só pode receber dois sinais simultâneos nas entradas.

6. a válvula de controle, com ação ar-para-abrir.7. como os controladores possuem a ação integral e para impedir

que os modos integrais saturem, todos os controladores devem possuir a opção extra de realimentação externa ao modo integral. O sinal da saída do relé seletor, que vai para o elemento final de controle, deve ser realimentado externamente a todos os controladores.

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Controle Feed Forward


O que é o controle Feed Forward ?A maioria das estruturas de sistema de controle usa o conceito de realimentação negativa (feedback). Um erro deve ser detectada na variável controlada antes do controlador tomar uma ação corretiva para a variável manipulada. Assim, os distúrbios devem perturbar o processo antes que o controlador possa fazer algo. Parece muito razoável que, se pudesse detectar um distúrbio entrando no processo, se começasse a corrigir antes que ele perturbasse o processo. Esta é a idéia básica do controle preditivo antecipatório (feedforward).

Se for possível medir o distúrbio e envia-se este sinal através de um algoritmo de controle preditivo antecipatório que faça correções apropriadas na variável manipulada de modo a manter a variável controlada próxima de seu ponto de ajuste.


Principais funções do controle antecipatório

1. detectar os distúrbios quando eles entram no processo e afetam a variável controlada

2. fazer computações matemáticas com esses dados e outros arbitrariamente estabelecidos

3. fazer compensação dinâmica do tempo de resposta, considerando as características dinâmicas do processo

4. prever o comportamento da variável controlada e estabelecer o valor e a ocasião a ser aplicada da ação de controle e

5. manipular as variáveis do processo, de modo que as variáveis controladas da saída sejam mantidas constantes e iguais aos pontos de ajuste estabelecidos.

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Partes fundamentais do controle antecipatório

1. a medição da variável de processo, através de transmissores ou diretamente do processo,

2. o mecanismo de computação matemática, que manipula o valor da medição, recebe outros dados externos ao processo, como equações termodinâmicas, tabelas de dados,

3. o controlador do processo, que gera um sinal automático, relacionado com o valor da medição e das equações matemáticas de balanço de energia e de massa,

4. o elemento final de controle, ligado diretamente ao processo e recebendo o sinal do controlador,

5. o processo, que fecha a malha de controle.


Principais características do controle antecipatório1. a ação do controlador é preditiva, baseada em um prognostico. 2. o controlador prevê quanto de ação deve ser aplicada e

quando é mais conveniente. 3. o controlador faz medições nas variáveis de entrada e atua na

variável manipulada, também na entrada do processo. Não hámedição da variável controlada, pois não há realimentação. Por esse motivo, há quem diga que o controle preditivoantecipatório é de malha aberta, o que é incorreto. Mesmo não havendo realimentação, a malha de controle é fechada pelo processo.

4. o balanço entre o suprimento e a demanda é conseguido pela medição da carga da demanda real, pelo calculo da demanda potencial e pela atuação no suprimento do processo.

5. o distúrbio está na entrada do processo e na entrada do controlador.

6. teoricamente, quando bem projetado e calculado, um controlador preditivo antecipatório pode executar um controle perfeito.

7. O controlador preditivo antecipatório não exibe nenhuma tendência a oscilação.


Limitações ao uso do Controle antecipatório

1. os distúrbios que não são medidos, ou porque são desconhecidos ou suas medições são impraticáveis, tornam o resultado do controle imperfeito.

2. deve se saber como os distúrbios e as variáveis manipuladas afetam a variável controlada. Deve se conhecer o modelo matemático do processo e a sua função de transferência, no mínimo, de modo aproximado.

3. As imperfeições e erros das medições, dos desempenhos dos instrumentos e das numerosas computações provocam desvios no valor da variável controlada. Tais desvios não podem ser eliminados porque não são medidos ou conhecidos.

4. a pouca disponibilidade ou o alto custo de equipamentos comerciais pudessem resolver as equações matemáticas desenvolvidas e simulassem os sinais analógicos necessários para o controle.

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Uso do Controle Antecipatório

A primeira aplicação prática do controle preditivoantecipatório foi em 1925, no controle de nível de caldeira.

Com o advento da eletrônica de circuitos integrados aplicada a computadores, a microprocessadores e a instrumentos analógicos, foram conseguidos instrumentos de altíssima qualidade, baixo custo, fácil operação, extrema confiabilidade e, principalmente, adequados para implementar a técnica avançada de controle preditivoantecipatório.


Comparação com o Feedback

SemelhançasMesmo sendo conceitualmente diferentes, a malha de controle com realimentação negativa possui algumas características comuns a malha de controle preditivo antecipatório. Assim,

1. ambas as malhas são fechadas.2. em ambas as malhas há os componentes básicos:

dispositivo de medição, controlador e válvula atuadora,

3. o controlador é essencialmente o mesmo, para ambas as malhas,

4. ambos controladores possuem o ponto de ajuste, essencial a qualquer tipo de controle.


Comparação com o FeedbackDiferenças

No controle com realimentação negativa a variável controlada é medida, na saída do processo. O controlador atua nas variáveis manipuladas de entrada para manter a variável controlada igual ou próxima a valores desejados.

No controle preditivo antecipatório as variáveis de saída controladas não são medidas para a comparação com o valor desejado. O controlador apenas mede as variáveis de entrada detectáveis e conhecidas, recebe o valor do ponto de ajuste, recebe outras informações do processo e computando todos esses dados, prevê o valor e a ocasião adequados para a ação de controle ser aplicada na variável manipulada de entrada.

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Feed Back com Feed Forward1. o controlador preditivo antecipatório cuida dos distúrbios

e variações de carga grandes e freqüentes que afetam as variáveis controladas.

2. o controlador a realimentação negativa cuida de quaisquer outros erros que aparecem através do processo, cuida dos efeitos dos distúrbios não medidos, cuida dos erros residuais provocados pelas imprecisões dos instrumentos reais de medição, controle e computação da malha antecipatória.


Feed Back com Feed ForwardComo o principal objetivo do controlador a realimentação negativa é eliminar o desvio permanente, ele deve ser, necessariamente, proporcional mais integral (PI). Como a quantidade de trabalho a ser executado por ele é diminuído pela presença do controlador preditivo, normalmente basta ser PI.

A presença do controlador preditivo antecipatório na malha de controle à realimentação negativa não provoca tendência a oscilação. Em termos de função de transferência, a presença do controlador preditivo não altera o denominador da função de transferência original.

A configuração mais utilizada na associação das duas malhas de controle é o sistema em cascata.


Controle de Caldeiras

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Caldeira flamotubular





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Caldeira aquotubular


Componentes de uma Caldeira


Sala de Controle (a antiga e a nova)

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O controle de Caldeira se divide em duas áreas:

- Controle de baixa pressão;- Pressão de vapor através da produção de calor,

vazão de combustível e ar de combustão. Envolve também controle da pressão da câmara de combustão, tiragem dos gases, etc.

- Controle de alta pressão;- O Nível do tubulão de vapor através da vazão de

água de alimentação e da vazão de vapor.


Controle da pressão de vapor

A pressão do vapor é diretamente controlada a partir do manipulação das vazões de ar e de combustível.



Cadeia de combustão com controle paralelo e medição da vazão de óleo ao invés da de vapor.

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Cadeia de combustão com controle paralelo convencional, relé de Ratio e analisador de oxigênio para queimar sempre com o excesso de ar desejado.



Malha de controle com Limites Cruzados


Malha de controle com

Limites Cruzados

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Esquema de ligação de varias caldeiras funcionando em conjunto, com produções diferentes.


Controle de Nível à dois Elementos


Controle de Nível à Três Elementos

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Referências Bibliográficas

Esteves, Marcello; Rodriguez, João Aurélio V.;Maciel, Marcos. Projeto de Conclusão de Curso. ____. 2002

Ribeiro, Marco Antônio. Controle de Processo - Teoria e Aplicações. 7a edição (Revista). Salvador. 2003


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