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SISTEMAS CONTROLE I Modos Op. Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. A. I. Consultant. I S A P I D Modos Funcionais. Equação P I D – Normatização I S A S = K . [ e(t) + Ki . ∫edt + Td . de/dt ] + BIAS K = Ganho Proporcional do Processo Ki = Ganho Integral  Ki = 1 / Ti

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Presentation Transcript
sistemas controle i modos op

SISTEMASCONTROLE IModos Op.

Prof. ArnaldoI. T. ConsultantI. A. I. Consultant

slide2
I S A

P I D

Modos

Funcionais

slide3
Equação P I D – Normatização I S A

S = K . [ e(t) + Ki . ∫edt + Td . de/dt ] + BIAS

  • K = Ganho Proporcional do Processo
  • Ki = Ganho Integral Ki = 1 / Ti
  • Ti = 1 / Ki = Tempo Integral ( Reset Time )
  • Td = Ganho Derivativo( Tempo Derivativo)
  • de = ( Erro Atual – Erro Anterior )
  • dt = Tempo de Amostragem
  • BIAS = Off-Set da Saída de Controle
slide5
Caso Ação Op. de ControleSejaPuramente Proporcional,

Saídado ProcessoDeverá Ser o ErroMultiplicado por Kp,

pois o Ganho PDeverá MelhorarRapidamente a Resposta,

AproximandoValores de Saída do Valor Desejado como

Set Up Referencial de Pré-Ajuste FuncionaldoProcesso ;

Aumentando-se o Kp, Incrementa-seTambém o Valor das

Respostas do Processo & como Efeito 2ário, Melhoraria o

Tempo Finalda Resposta, por isso, às vezes, Apenas a

Ação Op. KpÉSuficiente para ObterBons Resultados ;

Mas, Usar o Ganho PSem Critérios TécnicosTambém

Pode GerarEfeitos Op. Indesejados, como Aumentos dos

Valores de Resposta que Podem DanificarComponentes

da Malha de Controle &/ou do próprio Processo, Além de

ProvocarEfeitos Oscilatórios que GerariamSituações de

Instabilidade Op. pois, na Maioria das Vezes, KpAtuando

Isoladamente, Não Elimina TotalmenteErros Op. ;

slide6
Ações IntegraisPodem CausarProblemas Op.de Controle Funcional

conhecidos como “WIND UP”, pois quando umaVariável de Controle

AtingeValor Máximo no Elemento Atuador, o ProcessoOperará como

Malha Aberta, já que este AtuadorPermanecerá no Valor Op. Limite,

Independentementeda Resposta de Saída do Processo ;

Caso a Ação Integral se ProlongueDEMAIS, ErrosContinuarão Sendo

Integrados à Resposta & FicarãoEnormes, pois Mesmo Quando o

ProcessoAtingiro Valor Esperado, a Ação Op. IContinuará a Ser

Aplicada & a Resposta de SaídaIrá Se DistanciarCada Vez Mais

do Valor de Referência que se Desejava Alcançar ;

Quando esta Ação IntegralComeçar a Diminuir, o ProcessoReagirá

Tentando Reverter seus Excessos Anteriores, ProduzindoVariadas

OscilaçõesEm Torno do Valor Desejado como Set Up;

Uso Indiscriminado do Ganho IntegralIrá Interferir no Tempo que o

ProcessoPrecisa para sua Estabilização Op. pois, Quanto MaiorFor

Ganho Ki, Mais DemoradaSeráEstabilização da Resposta de Saída ;

Portanto, a Maneira Mais Eficaz de Atuar contra o Efeito “Wind Up” É

Limitar o Tempo da Ação Integral, DefinindoLimites para os Valores

Máximo & Mínimo que o Elemento AtuadorContinuará Agindo ;

slide7
O Objetivo Principal da Ação Derivativa é Melhorar os

Níveis de Estabilidade Op. do Processo, principalmente ao

se AplicarGanho PD, capaz de OferecerCertos Graus de

Previsibilidade ao Comportamento Op. do Processo ;

Ganho D deve Amortecer a Resposta de Saída do Processo

& Valores CrescentesKdReduzirãoOscilações & q. q.

“Overshoots”, mas TambémAumentariam o Tempo de

Estabilização Técnica Funcional do Processo;

Problemas Técnicos Op. com Ganhos DExcessivos estão

Relacionados aos Tempos de Aplicação da Ação D, além

de Altos Níveis de Ruídos & Oscilações Repetitivas ;

A Saída do Controlador PDSeráProporcional às Variações

de RespostaDivididas pelo Tempo de Aplicação Op. da

Ação D, pois caso tais Variações se TornemConstantes

AparecerãoRuídos IndesejadosBastante Intensos que

SãoMuito Prejudiciais à Estabilização Op. do Processo ;

slide8
I S A

P I D

Parâmetros

Operacionais

slide9
Regime Transitório- Período de Tempo a partir

da 1ª. Alteração da Variável Manipulada( VM),

Qdo.Variável Controlada ( VC) SofreAlterações ;

  • Regime Permanente( Steady State) - Período a

partir do qual 1VCConvergirá para 1Valor &/ou

Comportamento, basicamente, Constante ( VCss) ;

  • Tempo Morto(Dead Time – tm) - Tempo que um

ProcessoIrá Demorar para IniciarsuaResposta à

Variação Funcional de 1VM ;

  • Constante de Tempo do Processo( T ) - Tempo

que o ProcessoLevará para que 1VC possa Atingir

63 % de sua VCss ( VC=0,63. VCss ) ;

slide10
Tempo de Reação( tr ) – Tempo Funcionalpara

1ProcessoIniciar Resposta sob Malha Fechada;

  • Tempo de Subida( Rising Time – trt - tsub) :

Tempo para VCIr de 10 % até 90 % de VCss ;

  • Tempo de Acomodação( Settling Time - ts) :

Tempo para VCIr até 95 % de VCss ou Caso Esta

Resposta Op.SejaMuito Oscilatória, o Tempo

para VCse Manter na Faixa Op. de VCss± 5 % ;

  • Sobre / Sub-Elevação( Over / Undershoot ou tb.

SE / sE ) – Maiores Valores que VCAlcançaAcima

& Abaixo de VCssDurante as suas Oscilações Op.,

sendo Expresso, normalmente, em % de VCss ;

slide11
Identificar Corretamente osParâmetros Técnicos

solicitados para as Situações de CTRL Op.:

  • Regime Transitório ( Transient State - tsf )
  • Regime Permanente ( Steady State - ssf )
  • Tempo Morto ( Dead Time - dt ou tm)
  • Constante de Tempo do Processo ( T )
  • Tempo de Reação ( tr)
  • Tempo de Subida ( Rising Time - trt ou tsub)
  • Tempo de Acomodação ( Settling Time - st)
  • Sobre-Elevação ( Overshoot- SE)
  • Sub-Elevação ( Undershoot - sE )
slide12

Nível Líquido de 1 Tanque

SE máx

Sistema CTRL 2

SE máx

SE

SE

trt

ts

ssf2

trt

ts

sE

Sistema CTRL 1

sE

tr =tr=0

T

T

tsf 1

ssf 1

dt1 =dt2=0

slide13

°C

SP

minutos

Controle de Temperatura para 1 Forno Industrial

slide16
I S A

P I D

Características

Ações Op.

slide18
Ganho Proporcional:CalculaMVLevando-seEm Conta a Distância entre Set Point & Valor da Variável PV ( Off-Set) num Instante de Tempo ;
  • Ganho Integral:CalculaMVConsiderando-seTempo que ProcessoEstáDistante do Set Point ;
  • Ganho Derivativo: CalculaMVAnalisando-seTaxa de Variação da PV (ou a Velocidade da Variação em relação ao Tempo) ;
slide20
Dificuldade TécnicaSintonia FuncionalPIDAjustes das Intensidades de Aplicação de CadaUma das Ações de Controle dentro do Processo;
  • Somatória das 3 Ações de Controle Op. :

◊ PDiminuiçãoBrusca das Oscilações

◊I Diminuição /Eliminação dos Desvios

◊D Suavização Lenta de Oscilações & Desvios

  • Como PID CTRL para TemperaturaDeve Atuar Op.? ? ?

◊ Ação ProporcionalSuavizar / EliminarOscilações;

◊ Ação IntegralDiminuir/ EliminarDesvios Off-Set;

◊ Ação Derivativa FornecerRecursos Antecipativos,

EvitandoPreviamenteAumentos de Desvios, Quando

ProcessoPossuirTendênciasLentas de Correção Op.

se Comparadas à Velocidade de Crescimento do Desvio;

slide21

MelhoriasnaSintonia Op.dasMalhas de ControleÉBoa Práticaque seTraduzemInvestimentodeRápido Retorno,poisMalhas de ControleMal SintonizadasElevam DemaisosCustos Produtivos,tais como :

▲ Maiores Níveis de Instabilidade Op. nos Processos ;

▲Aumentam Níveis de Consumo de Energia Elétrica ;

▲Aumentam Desgaste dos Elementos Móveis,Atuadores&

Válvulas que Operam Mais Vezes dentro dos Processos,

Eventos de Manutenção Corretiva Mais Freqüentes&

Menores Índices de Vida Funcional Útil ;

▲Aumentam Número de Paradas Op. dos Processos ;

▲Aumentam Refugo Produzido Antes da Estabilização Op. ;

▲Aumentam Número de Horas Extras de Manutenção ;

▲Reduzem Níveis de Produção, Qualidade, Confiabilidade

&Custos/Unidade;

slide22

AlgoritmosdeControle PIDsãoEficientes&Confiáveis,

masNão CapazesdeMelhoraremNíveis de Desempenho

de ProcessosMal Dimensionadosou Problemas Legados :

– Mal Dimensionamento de Atuadores&/ouE. F. C.s :

  • Excesso ou Falta de Atuação Op. sobre Processos Regulados
  • Atuação Assimétrica ou Irregular sobre Processos Controlados
  • Não Linearidade Funcional nos Modos de Ação

– Mal Dimensionamento de Sensores :

  • Sensores com Faixas Op. de Medição Muito Extensas
  • Sensores Inadequados ou Defeituosos nos Processos Regulados
  • Sensores Mal Posicionados, Mal Instalados ou Mal Configurados

– Falhas Inerentes : Folgas, Atritos, Desgastes, Distúrbios, ...

– Processos Naturalmente Instáveis & com Muitos Atrasos

no Sensoriamento, Medição &/ou Atuação Operacional