AT: Esquemas especiais de controle

Conteúdo• Controle antecipatório.• Controle em cascata.• Controle de relação.

Vantagens:Muito simples.

Compensa o efeito sobre a variável controlada de todas as perturbações. 

Ate aqui temos visto como solução para o controle, o controle com retroação (feedback) em malha fechada simples. 

O controle com retroação tem

A desvantagem Que pode compensar uma perturbação só depois que avariável controlada se ha afeitado. A perturbação (e seu efeito) tem que se propagar por toda a malha antes que o controlador poda tomar alguma decisão.

Em estes casos podem se utilizar outros esquemas de controle, como são

Tem processos nos quais deve se atender este problema doefeito das perturbações sobre a variável controlada e sua correção de maneira prioritária,

Porque

Existem perturbações que atuam muito freqüentemente ou de forma muito forte

É muito importante que se mantenha a variável controlada nos valores muito pertos ao valor desejado (set point) pela afetação que pode produzir em outros sub-processos e na qualidade do produto final. 

Controle antecipatório (feedforward).Controle em cascata

Vemos no seguinte exemploUm reator químico tanque-camiseta no que é preciso controlar a temperatura do produto.

CT

produto

camiseta

F1, 1

F1, 2

Fa, 3

Fa, 4

agua de esfriamento

O diagrama de blocos na malha convencional de controle é:

r

3

4

1

2Fa

F1

_

+

+

+

+

+_

+Gc Gv G1

G2

Hm

camiseta vaso

Como se observa no diagrama de blocos existem 3 perturbações que tem afetações na variável controlada:

a temperatura de entrada da água de esfriamento (3), a temperatura de entrada do produto (1) o caudal de entrada do produto ao reator (F1). 

Para que o sistema de controle efetue uma correção, a ação de essa temperatura tem que se propagar até (2), logo se medir e ao final atuar sobre a válvula de controle

Se suponha que a temperatura da água de esfriamento (3) varia freqüentemente..

r

3

4

1

2Fa

F1

_

+

+

+

+

+_

+Gc Gv G1

G2

Hm

camiseta vaso

Uma maneira de melhorar esta situação é com o chamado

Controle Antecipatório (feedforward). No Controle Antecipatório se mede a perturbação e se alimenta para diante até atuar diretamente sobre a válvula.

Objetivo: que a saída do sistema (variável controlada) não seja afectada pela perturbação dada.

..(1)..........)()()( sXsGsC P

.......(3))()()()(

....(2))()()()()()()()(

sHsCsRsE

sGsGsEGsGsLsGsLsX

m

VCCAML

Substituindo (3) em (2) e logo (2) em (1) ficará

)(

)()()()(1

)()()()(

)()()()(1

)()()()()()( sR

sGsGsHsG

sGsGsGsL

sGsGsHsG

sGsGsGsGsGsC

VCmp

VCp

VCmp

VCAMLp

A saída variará porque varie a entrada de referência e porque varie a entrada perturbadora

Para que C(s) não seja afeitada por L(s),

0)()()()( sGsGsGsG VCAML(Condição de imperturbabilidade)

)()(

)()(

sGsG

sGsG

VM

LCA Controlador Antecipatório

.

 

Conclusão:Geralmente, na prática, a condição de imperturbabilidade não se alcança totalmente.

Considerações práticas: 

Geralmente GL, GV, etc., se conhecem só aproximadamente, o se utilizam modelos para representá-los criados a partir de considerações que são aproximações da realidade.

A perturbação L(s) tem que se poder medir.

A GCA obtida pode não ser realizável exatamente e si tem vários zeros, isto faz com que o sistema resulte mais sensível ao ruído

 Controle em Cascada com o qual se melhora apreciavelmente a qualidade do controle. 

Controle em Cascata:

O processo pode se descompor em dois sub-processos nos queexiste uma variável intermédia que é afetada também pela perturbação principal

É esse efeito acontece antes do efeito da perturbação sobre a variável controlada

Quando

se pode estabelecer um esquema

Utilizando como exemplo o reator com controle de temperatura temos:

CT

produto

camiseta

F1, 1

F1, 2

Fa, 3

Fa, 4

agua de esfriamento

Observe que neste sistema há dois elementos que armazenam calor que podem ser considerados dois sub processos e de fato o são.

A temperatura é θ2

A temperatura é θ4

O líquido dentro do tanque

a Jaqueta Uma mudança nesta

pode afetar a esta

O controle em cascata do reator químico com controle de temperatura fica:

Controlador do laço interno

Controlador do laço externo

Controlador do laço interno

Controlador do laço externo

Controle em Cascata:

Quando a perturbação na malha interna começa a atuar, seu efeito se refletirá na variável intermédia do processo e através desta malha com o controlador secundário, corrigira o efeito antes que sua ação sobre a variável controlada seja apreciável.

A malha interna deverá ter um bom comportamento como servomecanismo, pois será constantemente afetado em sua referencia.

Considerações práticas:

Tem que existir una variável intermédia do processo que poda se medir.

O melhor efeito sobre as perturbações se obtém quando a perturbação mais freqüente e mais forte está na malha interna de controle.

Acostuma-se a usar ação P no laço interno com alta ganho para que a resposta seja rápida e controle PI no laço externo para garantir zero erro em estado estacionário

 Utilizam-se dois esquemas básicos de controle de relação. 

Controle de relação:

Em muitos processos tecnológicos, é necessário manter uma relação constante entre duas variáveis do mesmo, geralmente entre dois fluxos.

Normalmente se medem ambos fluxos, mas é só um é controlado.

Neste esquema ambos fluxos são medidos e se calcula sua relação.

Esta relação é comparada com uma relação de referencia e a diferencia entre ambas é o sinal que se aplica ao controlador, o qual atua sobre a válvula que regula o fluxo B.

Primeiro esquema básico

Segundo esquema básico

Neste esquema a medição do fluxo A se multiplica pela relação desejada, se obtendo o valor adequado de B como set point para comparar com a medição de B

A diferencia entre ambas se aplica ao controlador, o qual regula o fluxo B.

.

.

Algumas aplicações do Controle de Relação:

Para manter uma relação constante entre o fluxo de alimentação e o vapor no aquecedor de uma torre de destilação

Para manter constante a relação de refluxo em uma coluna de destilação

Para controlar a relação entre os valores dos reativos que entram a um reator químico

Para manter constante a relação ar – combustível ao queimador de uma caldeira

Para manter a relação entre os valores de una mistura. etc

EXEMPLOS

Tem-se o seguinte sistema:

Encontre o controlador anticipatorio Ga que garantirá que a perturbação afete o menos possível à saída

014

5.04)(

GaS

sL 014

5.04

GaS

414

5.0

Ga

S)14(8

5.0

)14(4

S

SGa

GA é um controlador PD

A seguir se mostra um esquema em cascata para um sistema de controle

Deseja-se sintonizar ambos os controladores em modo P para obter as seguintes especificações:----A resposta à mudança degrau do laço interno deve estabilizar-se em 10 segundos----A resposta à mudança degrau do sistema em conjunto deve estabilizar-se com um erro menor do 1 %

segTTts 5.24

10 4 laço interno

1

15

1

1515

1

15

2

2

2

2

2

2

2

S

Kc

KcKc

KcS

Kc

SKcSKc

FTLin

5.21

5

2

Kc

12 Kc

15.2

5.0

111

511

1

SS

FTLin

50/)5.01(45.0

50/)5.01(

)5.01(

5.0

50/)5.01(45.0

50/5.0

5.015.2250

5.0

1201

*15.2

5.0*1

1201

*15.2

5.0*

22

2

2

2

22

2

22

2

2

2

KcSS

Kc

Kc

Kc

KcSS

Kc

KcSS

Kc

SSKc

SSKc

FTLext

200

198

01.05.01

1

5.01

5.01

2

2

22

2

Kc

Kc

KcKc

KcCssRssEss

BibliografiaNotas do professor