estratégias de controlo - autenticação · e pertencem a duas categorias distintas: variáveis...

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Carla C. Pinheiro – DEQB - IST 1

Estratégias de Controlo


Terminologia: Tipos de Variáveis

As variáveis de saída são variáveis dependentes que nos dão informação sobre o estado interno do sistema, e que queremos manter nos valores especificados (referênc ia ou “set point”), desejados ou próximo deles.

As variáveis de entrada são as variáveis que de form a independente estimulam o sistema induzindo-lhe alter ações,e pertencem a duas categorias distintas:

� Variáveis manipuladas que são ajustadas para se conseguir o comportamento desejado no processo.

� Variáveis de perturbação cujos valores variam devido a alterações noutros processos e no ambiente envolven te.

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Tipos de Variáveis

ATENÇÃO: As designações: variáveis de entrada “inputs” e variáveis de saída “outputs”, referem-se a entradas e saídas no fluxo de informação do sistema, e podem não corresponder respectivamente a variáveis das correntes de entrada e de saída físicas do sistema!!


Exemplo: Operação automática

LT LC

MedirCompararDecidirActuar

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Exemplo: Terminologia

Perturbação

Variável Manipulada

Variável Controlada Referência ou

set pointLT LC


Elementos do Ciclo de Controlo

�SistemaSistema

Sensor

Controlador

Actuador

�Controladores

�Sensores

�Actuadores

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Válvula e actuador pneumático

�Válvula de Controlo�Corpo da Válvula �Actuador da válvula

�Conversor I/P �Circuito de ar comprimido


Exemplo de Válvula de Controlo Pneumática

Actuador da válvula (conversor I/P)

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Esquema de uma Válvula de Controlo Pneumática


Sistemas de Sensores

�Sensor�Sensores de temperatura�Sensores de caudal�sensores de nível�Sensores de pressão�Analizadores de composição

�Transmissor

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Medidor de caudal de Prato de Orifício/DP

FC

FT

Flow Setpoint


Prato de Orifício

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Exemplo de Sensor magnético de caudal

Baseado na medição da corrente gerada pelo caudal de um fluído condutor através de um campo magnético.


Exemplo: Misturador

Água Quente

Água Fria

Água Morna

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Alternativas (Escolha de Variáveis)

� Medir a temperatura de saída e manipular o caudal de água fria;

� Medir a temperatura de saída e manipular o caudal de água quente.

� Em qualquer dos casos o caudal total ésempre alterado


Misturador – Descrição Matemática

( ) ( ) ( )refmpmreffpfrefqpqm

p - TTCQ - TTCQ - TTCQdt

dTVC = −+

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Controlo Previsional ou Directo (feedforward)

ProcessoControladorprevisional

uSP y

Referência Saída Controlada

Perturbação

Manipulada


Misturador – Controlo Previsional

( ) ( )mffmqqm - TTQ - TTQ

dt

dTV = +

=0

( )( )mq

mffq - TT

- TTQQ = −

Se Tref = Tm

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Misturador – Controlo Previsional

( )( )mq

mffq - TT

- TTQQ = − Q =+ fq QQ

( )( )fq

mfq - TT

- TTQQ

= − ( )

( )fq

mqf - TT

- TTQQ

=


Controlo de Re-alimentação (feedback)

ProcessoControladoruSP y

Referência SaídaControlada

Manipulada

Perturbação

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Estratégias de Controlo: Alternativas

� Previsional� Acção ocorre antes da perturbação ter efeito na saída;� Tem que se medir (ou estimar com precisão) a variáv el

perturbadora;� Não ocorre acção para perturbações não medidas;� É necessário um modelo do processo.

� Realimentação� Ocorre acção independentemente da fonte da perturba ção;� A sensibilidade da variável de saída a quaisquer

perturbações é reduzida;� A acção só ocorre depois da perturbação ter efeito na saída.


Actualmente: Controlo por computador

A potência de cálculo do computador abriu as portas para uma operação óptima do processo e múltiplas aplicações integradas.

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Operação em ciclo fechado

Processo

Variáveis a controlar

Controlador Actuador

Sensor/TransmissorValores medidos

Variáveis manipuladas

Valores desejadosReferências

Diagrama de blocos


Um exemplo de controlo no dia a dia: conduzir um automóvel

� Objectivo de controlo (“set point”) - Manter o automóvel na estrada ou rua na sua faixa

� Variável controlada – Localização na estrada ou rua� Variável manipulada – Orientação das rodas da frente� Actuador – Braços do condutor e volante� Sensor – Olhos do condutor� Controlador - Condutor� Perturbação – Curvas na estrada ou rua

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Exemplo: Permutador de calor

(C.A. Smith and A. Corripio,Principles and Practice of Automatic Process Control, Wiley, 2006)


Controlo de Temperatura de um permutador de calor por realimentação

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Carla C. Pinheiro – DEQB - IST 27(C.A. Smith and A. Corripio,Principles and Practice of Automatic Process Control, Wiley, 2006)


Controlo por Realimentação



� Objectivo de controlo (“Set point”) - Manter constante a temperatura da corrente de saída do produto

� Variável controlada – Temperatura de saída da corrente do produto

� Variável manipulada – Caudal de vapor� Actuador – Válvula de controlo na linha de vapor� Sensor – Termopar na corrente de saída do

produto� Perturbação – Alterações na temperatura da

corrente de alimentação do produto.

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Carla C. Pinheiro – DEQB - IST 29(C.A. Smith and A. Corripio,Principles and Practice of Automatic Process Control, Wiley, 2006)

Controlo Previsional ou

Directo

Controlo Previsional de Temperatura de um permutador de calor


Comparação: Conduzir um automóvel e controlar um permutador de calor

� Variável controlada: posição do automóvel na estrada vs. temperatura da corrente de saída

� Actuador: braço do condutor e volante vs. válvula de controlo

� Controlador: o condutor vs. um controlador electrónico

� Sensor: os olhos do condutor vs. termopar

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Investe-se muito esforço a compreender a dinâmica dos processos entre variáveis de entrada “inputs” e variáveis de saída “outputs”!

Selecção da Estrutura de Controlo

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