Estrategias Anti-Windup

ENGC66: Introducao ao Controle de Processos Industriais

Departamento de Engenharia Eletrica e de Computacao - DEECUniversidade Federal da Bahia - UFBA

18 de junho de 2018

Prof. Tito Luís Maia Santos 1/ 19

Sumario

1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

5 Comentarios Finais

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Sumario

1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

5 Comentarios Finais

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IntroducaoO problema do acumulo da acao integral (Windup)

Sistemas de controle ⇒ saturacao do atuador;

Acao integral cumpre o papel de assegurar o seguimento dereferencia do tipo degrau na presenca de perturbacoes constantes;

Seguimento de referencia constante ⇒ parcela integral nao varia;

O que ocorre quando nao se pode zerar o erro de seguimento de

referencia?

Erro de seguimento constante ⇒ acumulo da acao integral

(“it winds up”).

Estrategias anti-windup visam mitigar este efeito indesejado.

Nota historica: o papel dos controladores digitais no contexto dadifusao do tema.

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IntroducaoO problema do acumulo da acao integral (Windup)

Sistemas de controle ⇒ saturacao do atuador;

Acao integral cumpre o papel de assegurar o seguimento dereferencia do tipo degrau na presenca de perturbacoes constantes;

Seguimento de referencia constante ⇒ parcela integral nao varia;

O que ocorre quando nao se pode zerar o erro de seguimento de

referencia?

Erro de seguimento constante ⇒ acumulo da acao integral

(“it winds up”).

Estrategias anti-windup visam mitigar este efeito indesejado.

Nota historica: o papel dos controladores digitais no contexto dadifusao do tema.

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IntroducaoO problema do acumulo da acao integral (Windup)

Sistemas de controle ⇒ saturacao do atuador;

Acao integral cumpre o papel de assegurar o seguimento dereferencia do tipo degrau na presenca de perturbacoes constantes;

Seguimento de referencia constante ⇒ parcela integral nao varia;

O que ocorre quando nao se pode zerar o erro de seguimento de

referencia?

Erro de seguimento constante ⇒ acumulo da acao integral

(“it winds up”).

Estrategias anti-windup visam mitigar este efeito indesejado.

Nota historica: o papel dos controladores digitais no contexto dadifusao do tema.

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IntroducaoO problema do acumulo da acao integral (Windup)

Sistemas de controle ⇒ saturacao do atuador;

Acao integral cumpre o papel de assegurar o seguimento dereferencia do tipo degrau na presenca de perturbacoes constantes;

Seguimento de referencia constante ⇒ parcela integral nao varia;

O que ocorre quando nao se pode zerar o erro de seguimento de

referencia?

Erro de seguimento constante ⇒ acumulo da acao integral

(“it winds up”).

Estrategias anti-windup visam mitigar este efeito indesejado.

Nota historica: o papel dos controladores digitais no contexto dadifusao do tema.

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Sumario

1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

5 Comentarios Finais

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O fenomeno “Windup”Efeito da Sobrecarga

Ocorre na mudanca de set-point ou na presenca de perturbacoessignificativas.

No caso do controlador PID, temos:

ud (t) = K

[

e(t) +1

Ti

∫ t

0

e(τ)dτ + Td

d

dtef (t)

]

.

Notar que u(t) = ud (t) caso ud (t) respeite os limites operacionais.

O mesmo vale para o caso com filtro de referencia (“set-point

weightning”).

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O fenomeno “Windup”Efeito da Sobrecarga - Seguimento de Referencia

Fonte: K.J. Astrom e T. Hagglung (2006), “Advanced PID Control”,

International Society of Automation

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O fenomeno “Windup”Efeito da Sobrecarga - Perturbacoes

Caso - trocador de calor.

Fonte: C.A. Smith e A. Corripio (2015), “Princıpios e Praticas do

Controle Automatico de Process”, 3a Edicao, LTC.

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O fenomeno “Windup”Efeito da Sobrecarga - Perturbacoes

Fonte: C.A. Smith e A. Corripio (2015), “Princıpios e Praticas do Controle

Automatico de Process”, 3a Edicao, LTC.

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Sumario

1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

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Estrategias “Anti-Windup”Integrador Modificado

Sem “anti-windup”:

Com “anti-windup”:

Fonte: C.A. Smith e A. Corripio (2015), “Princıpios e Praticas do

Controle Automatico de Process”, 3a Edicao, LTC.

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Estrategias “Anti-Windup”Integrador Modificado

A modificacao da acao integral nao tem qualquer parametro

adicional de sintonia;

Pode ser implementada de forma simples em realizacoesanalogicas;

Grande parte dos controladores PID industriais nao contam com

esta alternativa de implementacao.

Do ponto de vista geral, esta estrategia inibe a integracao na

presenca de saturacao (“batch unit”).

A integracao condicional tambem pode ser realizada de formadireta.

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Estrategias “Anti-Windup”“Back-calculation and Tracking”

Fonte: K.J. Astrom e T. Hagglung (2006), “Advanced PID Control”,

International Society of Automation

Sugestao de sintonia: Tt =√

TiTd .

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Estrategias “Anti-Windup”“Back-calculation and Tracking”

Analise do efeito de Tt .

Fonte: K.J. Astrom e T. Hagglung (2006), “Advanced PID Control”,International Society of Automation

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Estrategias “Anti-Windup”“Back-calculation and Tracking”

Principal vantagem: implementacao em PIDs industriais.

PID com mode de seguimento;

Representacao Geral:

Estrutura de realizacao:

Fonte: K.J. Astrom e T. Hagglung (2006), “Advanced PID Control”,

International Society of AutomationProf. Tito Luís Maia Santos 15/ 19

Sumario

1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

5 Comentarios Finais

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O sinal de controle - ObservacoesEstufa laboratorial

O sinal de controle pode trazer informacoes escondidas (ruıdo,desempenho);

Nem sempre o efeito “windup” se manifestara;

Cada problema de controle deve ser explorado no contexto dassuas particularidades.

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1 Introducao

2 O fenomeno “Windup”

3 Estrategias “Anti-Windup”

4 O sinal de controle - Observacoes

5 Comentarios Finais

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Comentarios Finais

Nesta aula falamos sobre estrategias “anti-windup”.

Na proxima aula estudaremos o controle em cascata.

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