Automação IndustrialUnidade 2 – Respostas de um Sistema de Controle

Prof. Rodrigo Cardoso Fuentesdiretor.ctism@gmail.com

Prof. Rafael Concatto Beltramebeltrame@mail.ufsm.br

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2Prof. Rodrigo Cardozo Fuentes, Me. Eng. | Prof. Rafael Concatto Beltrame, Me. Eng.

1.

Definir e identificar– Resposta ideal (desejada)– Resposta lenta– Resposta com overshoot– Resposta oscilatória (marginalmente estável)– Resposta estável– Resposta instável

Objetivos da Aula

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• Controle manual versus

automático

• Controle analógico versus

digital

• Malha de controle

• Sistema em malha aberta

• Sistema em malha fechada

Revisão

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• Resposta típica

de um sistema de controle (2ª

ordem)

Especificações (Resposta Transitória)

y(t)

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• É o tempo requerido para que a resposta passe de 0 a 100%  do valor final  tr

=  Rise

Time

Especificações (Resposta Transitória)

Tempo de subida (tr

)

y(t)

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• É o tempo requerido para que a curva de resposta alcance  valores em torno do valor final  tS

=  Settling

Time

Especificações (Resposta Transitória)

Tempo de acomodação (ts

)

y(t)

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• É o valor máximo (pico) da curva de resposta do sistema• É medido em percentual

Especificações (Resposta Transitória)

Máximo sobre‐sinal (overshoot) (Mp

)

y(t)

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• É o tempo requerido para que uma variação no sinal de  entrada (excitação) seja efetivamente “percebida”

pela 

variável de saída (resposta)  td

=  Delay

Time

Especificações (Resposta Transitória)

Atraso de transporte (td

)

y(t)

Td

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• Sistemas que apresentamatraso de transporte– Sistemas térmicos– Sistemas hidráulicos– Sistemas pneumáticos– Resposta de sensores– Controladores digitais

– Tem grande impacto naestabilidade

de sistemas

operando em malha‐fechada

Especificações (Resposta Transitória)

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• Exemplo: Injeção Eletrônica

Especificações (Resposta Transitória)

Sonda Lâmbda

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• Exemplo: Injeção Eletrônica

Especificações (Resposta Transitória)

Sonda Lâmbda

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Especificações (Resposta Transitória)

Controlador(Eletrônico)

“Set Point”Valor desejado

de O2

“Variável de Saída”O2 no

escapamentoAtuador(Válvula)

Medição(Sonda Lâmbda)

+–

• Exemplo: Injeção Eletrônica

Processo(Combustão)

Possui Atraso de Transporte

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• Consideração Inicial– Sistema opera em Malha Fechada– Controlador é

realimentado com informações do sinal de saída

Respostas de um Sistema de Controle

Controlador“Set Point” “Process Value”

Atuador

Medição

+–Processo

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• O elemento controlador minimiza o erro entre PV e SV a  partir de uma ação de controle

• Deseja‐se: resposta rápida e precisa

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta desejada

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• Se o controlador for inadequado ou sua ação de controle for  de baixa intensidade, o erro poderá

nunca ser anulado

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta lenta

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• Se a ação de controle for demasiadamente “forte”, teremos  overshoot

na variável controlada

• Questão: Quais sistemas toleram e não toleram overshoot?

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta com overshoot

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• O controlador não consegue zerar o erro e este oscila em  torno do valor desejado

• Sistema marginalmente estável

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta oscilatória

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• Se o controlador for mal projetado poderá

levar o sistema à instabilidade

• Ou seja, perde‐se o controle sobre a variável de interesse

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta de um sistema instável

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• O controlador deve satisfazer– Estabilidade– Resposta rápida– Pequeno overshoot

Respostas de um Sistema de Controle

Resposta típica de um sistema estável

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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada

Respostas de um Sistema de Controle

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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada– Mudança do SP  Sistema em Malha Aberta

Respostas de um Sistema de Controle

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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada– Mudança do SP  Sistema em Malha Fechada

Respostas de um Sistema de Controle

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Revisão

• Especificações de um sistema de controle– Tempo de subida (tr

)– Tempo de acomodação (ts

)– Máximo sobre‐sinal (overshoot) (Mp

)– Atraso de transporte (td

)

• Respostas de um sistema de controle– Rápida e lenta– Com overshoot– Oscilatória (marginalmente estável)– Instável