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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.
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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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Estabilidade do Processo
-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.
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Estabilidade do Processo
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.
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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
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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
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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
Método de aproximações sucessivas ou tentativa e erro
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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
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Método de aproximações sucessivas ou tentativa e erro - Desvantagens
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Método que necessitam identificação do processo
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Método que necessitam identificação do processo
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Método que necessitam identificação do processo
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Método que necessitam identificação do processo
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Método que necessitam identificação do processo
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Método que necessitam identificação do processo
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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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Método de ZIEGLER e NICHOLS
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Método de ZIEGLER e NICHOLS
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6.12
Método de ZIEGLER e NICHOLS
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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
Método de ZIEGLER e NICHOLS
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Método de ZIEGLER e NICHOLS
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Método de ZIEGLER e NICHOLS
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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.
Métodos de auto-sintonia
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Métodos de auto-sintonia
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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
++=
+
+=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
εε
εετ
( )
( ) biasdtIPVKctOut
ou
biasdtPVKctOut
t
t
I
++∆−=
+
+∆−=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
ε
ετ
biasdtdDdtIKctOut
ou
biasdtddtKctOut
t
D
t
I
+⋅++=
+
⋅++=
∫
∫
εεε
εεε ττ
0
0
.
.
..)(
1.)(
( ) ( )
( ) ( ) biasdtPVdDdtIPVKctOut
oudtPVddtPVKctOut
t
D
t
I
+∆−
⋅++∆−=
∆−⋅−+∆−=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
ε
ε ττ
Agradecimento ao Prof. Ricardo Kalid - UFBa
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( )
( ) biasPVSPBP
tOutou
biasPVSPKctOut
+−⋅=
+−=
100)(
.)(
biasdtIKctOut
ou
biasdtKctOut
t
t
I
++=
+
+=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
εε
εετ
( )
( ) biasdtIPVKctOut
ou
biasdtPVKctOut
t
t
I
++∆−=
+
+∆−=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
ε
ετ
biasdtdDdtIKctOut
ou
biasdtddtKctOut
t
D
t
I
+⋅++=
+
⋅++=
∫
∫
εεε
εεε ττ
0
0
.
.
..)(
1.)(
( ) ( )
( ) ( ) biasdtPVdDdtIPVKctOut
oudtPVddtPVKctOut
t
D
t
I
+∆−
⋅++∆−=
∆−⋅−+∆−=
∫
∫
0
0
.
.
..)(
1.)(
ε
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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