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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
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JADSON REZENDE
FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
Modos de Controle
ERRO OU
DESVIO
ON-OFF
MODOS OU
AÇÕES DE
CONTROLE
JADSON REZENDE
FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
Modos de Controle
CONTROLE LIGA/DESLIGA (SEM HISTERESE)
JADSON REZENDE
FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
CONTROLE LIGA/DESLIGA (COM HISTERESE)
Modos de Controle
JADSON REZENDE
FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
CONTROLE
LIGA/DESLIGA
(COM HISTERESE)
Modos de Controle
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
CONTROLE
LIGA/DESLIGA
(LARGURA DE
PULSO)
Modos de Controle
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
SP PV
QE
QS
Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a
amplitude do desvio (erro)."
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
SP
PV
QE
QS
Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a
amplitude do desvio (erro)."
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
SP PV
QE
QS
Ação Proporcional "A amplitude de correção é proporcional a
amplitude do desvio (erro)."
OFF SET
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
"A velocidade de correção é proporcional a
amplitude do desvio (erro)."
SP PV
QE
QS
OFF SET
Ação Integral
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL MAIS
INTEGRAL
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL MAIS
INTEGRAL
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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ERRO
MV
0
1
1 TEMPO
Kc
Kc.Td
- ∞
T1
∆T
∆E
Kc.Td
Ação Derivativa
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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
RESPOSTA DE UM CONTROLADOR PROPORCIONAL +
DERIVATIVO
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PV
SP MV RN
POLARIZAÇÃO RP
VALVULA
CONTROLADOR PROPORCIONAL + DERIVATIVO
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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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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.
JADSON REZENDE
FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO
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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