Ações de Controle Básica e Controladores Automáticos Industriais

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Funcionamento dos controladores para automação

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  • Um controlador automático compara o valor de saída de um processo com uma referencia
  • u(t) = sinal de saida do controlador
    U1 e U2 = valores constantes 1 ou 0 / 1 ou -1
    e(t) = sinal de erro
  • u(t) = sinal de saida do controlador
    e(t) = sinal de erro
    Kp = ganho proporcional
    Esse tipo de controlador é basicamente um amplificador de ganho
  • u(t) = sinal de saida do controlador
    e(t) = sinal de erro
    Ki = constante ajustavel
    Se o valor de e(t) for dobrado então u(t) varia duas vezes mais rápido
    Se o e(t) for nulo então o valor de u(t) permanece constante
    Muitas vezes chamado de reset



  • u(t) = sinal de saida do controlador
    e(t) = sinal de erro
    Kp = ganho proporcional
    Ti = tempo integral
    Se o valor de e(t) for dobrado então u(t) varia duas vezes mais rápido
    Se o e(t) for nulo então o valor de u(t) permanece constante
    Muitas vezes chamado de reset



  • u(t) = sinal de saida do controlador
    e(t) = sinal de erro
    Kp = ganho proporcional
    Ti= tempo integral
    Os dois são ajustaveis
    Denominado Controle de Taxa Magnitude da saída é proporcional a taxa de variação do erro
    Td = tempo derivativo, intervalo de tempo da ação


  • u(t) = sinal de saida do controlador
    e(t) = sinal de erro
    Kp = ganho proporcional
    Ti= tempo integral
    Os dois são ajustaveis
    Denominado Controle de Taxa Magnitude da saída é proporcional a taxa de variação do erro
    Td = tempo derivativo, intervalo de tempo da ação


  • E1 e e2 podem ser cc ou ca
    K é o ganho de tensão de magnitude aproximada 105 ~ 106 para cc e sinais de ca com frequencia menor que 10Hz
    Como o ganho do amp é muito alto é necessario ter uma retroação negativa da saída para a entrada para torná-lo estável
  • Ações de Controle Básica e Controladores Automáticos Industriais

    1. 1. Mestrado em Engenharia da Computação Ações de Controle Básica e Controladores Automáticos Industriais Cleber Schroeder Fonseca
    2. 2. Ações de Controle Básicas
    3. 3. • Controladores de duas posições • Controladores proporcionais • Controladores do tipo integral • Controladores do tipo proporcional e integral • Controladores do tipo proporcional e derivativo • Controladores do tipo proporcional, integral e derivativo
    4. 4. Controladores de duas posições
    5. 5. • Em um sistema de controle de duas posições, o elemento atuante possui apenas duas posições fixas. • É um sistema relativamente simples e barato, por isso muito utilizado.
    6. 6. u(t) = U1, para e(t) > 0 u(t) = U2, para e(t) < 0
    7. 7. Controladores proporcionais
    8. 8. Neste tipo de controle a relação entre o sinal de saída é: u(t) = Kp.e(t)
    9. 9. Controladores integrais
    10. 10. Neste controle o valor do sinal de saída é variado segundo um sinal de erro atuante. du(t) dt = Kie(t)
    11. 11. Controladores do tipo proporcional e integral
    12. 12. Neste controle o valor do sinal de saída é variado segundo um sinal de erro atuante. u(t) = Kpe(t)+ Kp Ti e(t)dt t ò 0 U(s) E(s) = Kp (1+ 1 Tis )
    13. 13. Controladores do tipo proporcional e derivativo
    14. 14. Neste controle o valor do sinal de saída é variado segundo um sinal de erro atuante. u(t) = Kpe(t)+KpTd de(t) dt U(s) E(s) = Kp (1+Tds)
    15. 15. Controladores do tipo proporcional, integral e derivativo
    16. 16. Este controle é combinação dos três controles com as principais vantagens de cada um deles. u(t) = Kpe(t)+ Kp Ti t ò e(t)dt +KTpd o de(t) dt U(s) E(s) = Kp (1+ 1 Tis +Tds)
    17. 17. Efeito do sensor no desempenho do sistema • O sensor representa um papel importante na determinação do desempenho global do sistema de controle. • O sensor normalmente determina a função de transferência no ramo de retroação.
    18. 18. Efeito das ações de controle Integral e Derivativa
    19. 19. Ação do controle integral No controle proporcional de um processo, o sinal de controle, em qualquer instante é igual á área sob a curva do sinal de erro atuante até aquele instante. A ação de controle integral, embora remova o erro residual ou erro em regime estacionário, pode resultar em uma resposta oscilatória com amplitude lentamente decrescente ou mesmo com amplitude crescente, ambas usualmente indesejáveis.
    20. 20. Ação de controle derivativa Quando adicionada a um controlador proporcional, propicia um meio de obter um controlador com alta sensibilidade. Antecipa o erro atuante e inicia uma ação corretiva mais cedo, tendendo a aumentar a estabilidade do sistema.
    21. 21. Controladores Pneumáticos e Hidráulicos
    22. 22. • A forma mais versátil de transmitir sinais são os fluidos. • São amplamente usados na indústria. • Pneumáticos descrevem sistemas que utilizam o ar ou gases. • Hidráulicos descrevem sistemas que utilizam líquidos como óleo.
    23. 23. Comparação entre sistemas pneumáticos e hidráulicos 1. O ar e os gases são compreensíveis, enquanto o óleo é incompreensível. 2. O ar é desprovido de propriedades lubrificantes e sempre contém vapor d`água. O óleo funciona como fluido hidráulico e também como lubrificante. 3. A pressão de operação normal de sistemas pneumáticos é muitíssimo mais baixa do que a dos sistemas hidráulicos 4. As potencias de saída dos sistemas pneumáticos são consideravelmente menores do que a dos sistemas hidráulicos 5. A precisão dos atuadores pneumáticos é deficiente nas baixas velocidades, enquanto a precisão dos atuadores hidráulicos pode ser satisfatória em todas as velocidades.
    24. 24. 6. Em sistemas pneumáticos, a fuga externa é permissível até certo ponto, mas a fuga interna deve ser evitada porque a diferença de pressão efetiva é um tanto pequena. Nos sistemas hidráulicos, a fuga interna é permissível até certo ponto, mas a fuga externa deve ser evitada 7. Não são requeridas tubulações de retorno em sistemas pneumáticos que utilizam ar, mas elas são sempre necessárias em sistemas hidráulicos 8. A temperatura de operação normal em sistemas pneumáticos é de 5º a 60ºC, no entanto pode ser operado na faixa de 0º a 200ºC. Os sistemas hidráulicos são muito suscetíveis a temperatura devido ao atrito do fluído, a operação normal se dá de 20º a 70ºC 9. Sistemas pneumáticos são a prova de fogo e de explosão, enquanto os sistemas hidráulicos não o são
    25. 25. Controladores eletrônicos
    26. 26. Amplificadores operacionais São frequentemente utilizados para amplificar sinais em circuitos sensores e em filtros com propósitos de compensação. e0 = K(e2 -e1) = -K(e1 -e2 )
    27. 27. Amplificador Inversor É um amplificador operacional que inverte o sinal de saída
    28. 28. e0 = - R2 R1 e1 i1 = ei - e' R1 i2 = e'- e0 R2 Por definição Uma vez que apenas uma corrente desprezível flui para o amplificador, a corrente i1 deve ser aproximadamente igual à corrente i2 ei - e' R1 = e'- e0 R2 Como K(0-e’)=e0 e K >> 1, o valor de e’ deve ser ≅ 0 ei R1 = -e0 R2 Ou
    29. 29. Amplificador não-inversor
    30. 30. e0 = K(ei - R1 R1 + R2 e0 ) Onde K é o ganho diferencia do amplificador ei = ( R1 R1 + R2 + 1 K )e0 Como K >> 1, se R1/R1+R2 >> 1/K e0 = (1+ R2 R1 )ei
    31. 31. Muito Obrigado a todos!

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