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JADSON REZENDE FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO

Controle Automático Processos Cap II

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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO

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CONTROLE MANUAL CONTROLE AUTOMÁTICO

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Modos de Controle

ERRO OU

DESVIO

ON-OFF

MODOS OU

AÇÕES DE

CONTROLE

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Modos de Controle

CONTROLE LIGA/DESLIGA (SEM HISTERESE)

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CONTROLE LIGA/DESLIGA (COM HISTERESE)

Modos de Controle

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CONTROLE

LIGA/DESLIGA

(COM HISTERESE)

Modos de Controle

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CONTROLE

LIGA/DESLIGA

(LARGURA DE

PULSO)

Modos de Controle

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CONTROLE LIGA/DESLIGA

- VANTAGENS

- DESVANTAGENS

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Sistemas de Controle Automático Contínuo

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Sistemas de Controle Automático Contínuo

Proporcional

Proporcional + Integral

Proporcional + Derivativo

Proporcional + Integral + Derivativo

MODOS OU

AÇÕES DE

CONTROLE

ERRO OU

DESVIO

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SP PV

QE

QS

Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

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SP

PV

QE

QS

Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

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SP PV

QE

QS

Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

OFF SET

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Banda Proporcional e Ganho

FAIXA PROPORCIONAL

- Percentagem de variação da variável

controlada capaz de produzir a

abertura ou fechamento total da

válvula de controle.

SE

SS

FPKP

100

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MV = So ± (Kp.E)

E = (SP - PV) ( AD )

E = (PV - SP) ( AR )

AD AR

SP PV MV SP PV MV

↑ ↓ ↓- ↑ ↓ ↑+

↓ ↑ ↑+ ↓ ↑ ↓-

Ação Proporcional

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Sistema de Controle

Curva de reação

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Resposta do Controlador

Estável - Subamortecida Banda

proporcional próxima do ideal

Continuamente oscilante

Banda proporcional muito pequena

Instável - Banda proporcional

muito pequena (alto ganho)

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Resposta do Controlador

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PV

SP MV RN

POLARIZAÇÃO

Ação Proporcional

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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

- Correção proporcional ao desvio

- Existência de uma realimentação negativa

- Deixa erro de off-set após uma variação de carga

CONCLUSÕES

- Estabiliza o processo

- Não deve ser empregada em processos que possuem grande variação de carga;

"A amplitude de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

Ação Proporcional

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"A velocidade de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

SP PV

QE

QS

OFF SET

Ação Integral

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Respostas das Ações PI

"A velocidade de correção é proporcional a

amplitude do desvio (erro)."

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Carga

Ação Integral

TR = 0,5 - min

Ação Integral

+

Proporcional

Ação

proporcional

Ganho = 0,5 - inversa

Respostas das Ações: P, I, PI

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Respostas das Ações: P, I, PI

Carga

Ação Integral

TR = 0,5 - min

Ação Integral

+

Proporcional

Tempo

(min)

Ação

proporcional

Ganho = 0,5 - inversa

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Tr = 1/Ti = taxa de reajuste (rpm) MV = So ± [(Kp.E) x (1 + Tr.t)]

MV

MV = So ± (Kp.E) + (Kp.E .Tr.t) Ti = tempo de integral (mpr)

Ação Integral

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Respostas das Ações PI em malha aberta Tr = Ti = 1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 T (min)

PV

MV

60

70

80

90

100

MV ( % )

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RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL MAIS

INTEGRAL

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RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL MAIS

INTEGRAL

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CONTROLADOR PROPORCIONAL + INTEGRAL

PV

SP MV RN

POLARIZAÇÃO RP

VALVULA

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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO CONTROLADOR INTEGRAL

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

- Correção depende não só do tamanho do erro, mas, também do tempo que ele perdurar;

- Ausência do OFF-SET;

- Quanto maior o erro, maior será a velocidade de correção;

CONCLUSÕES

- Grandes desvios em curtos espaços de tempo não são devidamente corrigidos;

- A ação integral é uma realimentação positiva atrasada;

"A velocidade de correção é proporcional a

amplitude e tempo de duração do desvio

(erro)."

- O movimento da válvula não muda de sentido enquanto o sinal de desvio não se inverter.

- A saída do controlador P + I é indeterminada;

- O tempo integral é o tempo que a ação integral leva para repetir a ação proporcional;

- A ação integral aumenta o período de oscilação da malha;

- A ação integral pode levar o controlador a saturação.

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TE

TT

TC TY

TCV

SP

PV MV

Ação Derivativa

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TE

TT

TC TY

TCV

SP

PV MV

Ação Derivativa

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TE

TT

TC TY

TCV

SP

PV MV

Ação Derivativa

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TE

TT

TC TY

TCV

SP

PV MV

Ação Derivativa

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ERRO

MV

0

1

1 TEMPO

Kc

Kc.Td

- ∞

T1

∆T

∆E

Kc.Td

Ação Derivativa

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Características das ações (P + D)

Respostas do controlador

MV = So ± {[(Kp.E) x (1 + Tr.t)] + (Kp.Kd.Vd)} MV = Td.de/dt ± So

de/dt = VD = derivada do erro

em relação ao tempo

Td = KD = termo derivativo

"A amplitude de correção é proporcional a

velocidade do desvio (erro)."

Ação Derivativa

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RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL +

DERIVATIVO

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PV

SP MV RN

POLARIZAÇÃO RP

VALVULA

CONTROLADOR PROPORCIONAL + DERIVATIVO

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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AÇÃO DERIVATIVA

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TIPOS DE PID

PI.D - As ações P e I atuam sobre o erro e a ação D sobre a Variável de Processo. Desta

forma o sinal de saída acompanha as mudanças de Setpoint segundo as ações

Proporcional e Integral, mas não dá uma variação indesejável devido à ação Derivativa.

É o mais recomendado para a maioria das aplicações com Setpoint ajustável pelo

operador.

PID - As ações P, I e D atuam sobre o erro. Desta forma o sinal de saída é alterado

quando há mudanças na Variável de Processo ou no Setpoint. É recomendado para

controle de relação ou para controle escravo de uma cascata.

I.PD - Neste tipo somente a Integral atua sobre o erro. Mudanças no Setpoint provocam a

variação no sinal de saída de maneira suave. É recomendado para processos que não

podem ter Variações bruscas na MV em função da mudança de Setpoint. É o caso de

processos de aquecimento com ganho muito alto.

ESTRUTURA PID

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PID PARALELO - Cada ação (P, I e D) ocorre em termos distintos da

equação, com o efeito combinado de ser uma soma simples

EQUAÇÕES PID

PID IDEAL – A constante de ganho (Kp) é distribuído a todos os termos

dentro dos parênteses, afetando igualmente todas as três ações de

controle. Aumentando Kp neste controlador PID torna o P, I e D

igualmente mais agressivo.

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EQUAÇÕES PID

PID SERIE - Aqui, a constante de ganho (Kp) afeta todos os três ações

(P, I e D), assim como com a equação "ideal". A diferença, porém, é o fato

de que ambas as constantes integral e derivativa ter um efeito sobre a

ação proporcional, ou seja, ajustando quer Ti ou Td não se limita a

ajustar essas ações, mas também influencia a agressividade da ação

proporcional.

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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

- A ação derivativa discrimina o erro pela sua taxa de variação;

- Quando se tem um desvio em rampa a resposta da ação derivativa é um degrau;

- A ação derivativa é uma ação antecipatória.

- A ação derivativa é usada para apressar a ação corretiva;

- A ação derivativa deve responder somente às variação da medição;

"A amplitude de correção é proporcional a

velocidade do desvio (erro)."

- A ação derivativa atrasa a resposta proporcional fazendo-a dar uma saída exagerada;

- A ação derivativa é expressa em unidades de tempo;

- A ação derivativa altera a largura da banda proporcional;

- A ação derivativa é sensível a ruídos;

Se antecipa ao que a ação proporcional faria.

Ação Derivativa

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RESPOSTAS DE UM CONTROLADOR

PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO