4 acoes de controle pid-lamartine(ppt3)

Ações de controle PID

Autor: José Lamartine de A. L. Neto
Professor das disciplinas “Controle de Variáveis Industriais” e
“Controle Avançado de Processos Industriais”
José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2007.2
José CEFET-
do curso técnico de Automação Industrial do CEFET-BA

Estabilidade do Processo

-A finalidade do sistema de controle é a de produzir o
processo estável, com uma resposta desejada aos distúrbios
do processo.

-O bom sistema de controle deve estabilizar o processo, que
seria instável sem o sistema de controle.

-O sistema é estável, se para qualquer entrada limitada a saída
é também limitada.
José CEFET-

Estabilidade do Processo

O sistema é instável quando a
introdução de um distúrbio no
processo, mesmo transitório,
provoca a oscilação na variável ou a
leva para um valor que cresce
continuamente.

José CEFET-

Localização das Ações de Controle
Localização Ações

José CEFET-

Controle Automático
Automá
Mantém os processos industriais dentro de
seus pontos operacionais mais eficientes;

AÇÕES DE CONTROLE
• On-Off
• Proporcional
• Integral
• Derivativa

José CEFET-

ON-OFF (LIGA-DESLIGA)
ON- (LIGA-

De todas as ações de controle, a ação em duas
ações ação
posições é a mais simples e também a mais barata,
posições també
e por isso é extremamente utilizada tanto em
sistemas de controle industrial como doméstico.
domé

Como o próprio nome indica, ela só permite duas
pró só
posições para o elemento final de controle, ou seja:
posições
totalmente aberto ou totalmente fechado.

Assim, a variável manipulada é rapidamente
variá
mudada para o valor máximo ou o valor mínimo,
má mí
dependendo se a variável controlada está maior ou
variá está
menor que o valor desejado.
José CEFET-

ON- (LIGA-

Devido a isto, o controle com este tipo
de ação fica restrito, pois este tipo de
ação
controle não proporciona balanço exato
nã balanç
entre entrada e saída de energia
saí

José CEFET-

ON- (LIGA-

José CEFET-

ON- (LIGA-

Neste sistema, para se efetuar o controle de nível,
ní
utiliza-se um flutuador para abrir ou fechar o contato
utiliza-
(S) de energia de um circuito de alimentação da
alimentação
bobina de uma válvula do tipo solenóide.
vá solenó

Esta solenóide estando energizada permite
solenó
passagem da vazão máxima e estando
vazã má
desenergizada bloqueia totalmente o fluxo do
líquido para o tanque.

Assim este sistema efetua o controle estando
sempre em uma das posições extremas, ou seja,
posições
totalmente aberto ou totalmente fechado.
José CEFET-

ON- (LIGA-

José CEFET-

ON- (LIGA-

Características básicas do controle ON-OFF
Caracterí bá ON-
a) A correção independe da intensidade do desvio
correção
b) O ganho é infinito
c) Provoca oscilações no processo
oscilações
Conclusão
Conclusã
O controle através da ação em duas posições é
atravé ação posições
simples e econômico, sendo portanto utilizado
econô
largamente nos dias atuais principalmente, os
controles de temperatura nos fornos elétricos
elé
pequenos, fornos de secagem, etc.

José CEFET-

Algumas configurações do PID
configurações

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

Ação de controle no qual a ação
ção ação
corretiva produzida por este
instrumento é proporcional ao valor do
desvio (ou erro).
Quanto maior o desvio (ou erro), maior
será o sinal de correção e vice-versa.
será correção vice-
AC ~ AD
Tal ação denominou-se ação
ação denominou- ação
proporcional.
proporcional.
José CEFET-

Ação Proporcional
ção

O efeito da ação proporcional é controlar a quantidade de
energia no processo o mais próximo possível do ideal
através da relação:
Sc = G . ( PV – SP ) + So

Onde: Sc = Sinal de saída do controlador
G = ganho proporcional
PV = Variável de Processo
SP = SetPoint
So = BIAS (Polarizador)

Obs. PV – SP = e(t) ERRO ou DESVIO
José CEFET-

Ação Proporcional
ção

O que é GANHO ?

G = ∆Sc / ∆e(t)
entrada G saída

É a relação da variação de saída sobre a
variação de entrada.

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

No controlador proporcional outra forma de
expressar a relação entre entrada e saída (e
relação saí
não saída sobre entrada) recebe o nome
saí
de...

...BANDA (ou FAIXA) PROPORCIONAL

BP (%) = 100% / G

BP(%) = Variação de entrada necessária para
Variação necessá
provocar 100% de variação na saída.
variação saí

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

José CEFET-

Ação Proporcional
ção

José CEFET-

Erro de Off-Set
Off-

Off-set é “fora da referencia” .
Off- referencia”

A ação proporcional elimina as oscilações
ação oscilações
no processo provocados pelo controle on-on-
off, porém o controle proporcional não
poré nã
consegue eliminar o erro de off-set quando
off-
houver um distúrbio qualquer no processo.
distú

O off-set é o erro que provoca a correção,
off- correção,
toda vez que ocorre mudança de carga.
mudanç

José CEFET-

Ação Proporcional - Off-Set
ção Off-

Após uma variação de set point a
variável do processo buscará o SP em Após uma perturbação, a variável do
todos os casos processo afastar-se-a do setpoint.

José CEFET-

Ação Proporcional - Off-Set
ção Off-

Um aumento do Ganho do Controlador acelera a resposta do processo,
provocando uma diminuição do OFF-SET, mas aumentando as oscilações.
O valor ótimo do Ganho do Controlador é aquele que resulta em uma resposta
rápida com bom amortecimento.
José CEFET-

Ação Proporcional - Controlador
ção

José CEFET-

ção

José CEFET-

ção

José CEFET-

Ação Proporcional-malha aberta
ção Proporcional-

Amplitude da correção é proporcional
correção
a amplitude do desvio AC => AD

José CEFET-

Ação Proporcional – Ganho do controlador
ção

José CEFET-

Ação Proporcional - Exemplo de aplicação
ção aplicação

José CEFET-

Ação Integral
ção
O objetivo da ação integral é eliminar o desvio entre a
ação
variável do processo e o SetPoint.
variá

O sinal de saída do controlador é proporcional a
saí
integração do erro (PV-SP).
integração (PV-

A ação integral é geralmente associada à ação proporcional.

José CEFET-

Ação Integral
ção

Um aumento excessivo da ação integral (diminuição de Ti), aumenta
a instabilidade do processo.
O resultado é um compromisso entre a velocidade e a estabilidade
José CEFET-

Ação Integral

Um aumento excessivo da ação integral (diminuição de Ti),
aumenta a instabilidade do processo.
O resultado é um compromisso entre a velocidade e a estabilidade
José CEFET-

Ação Proporcional + Integral
ção

José CEFET-

ção
Par RC

José CEFET-

Ação Integral
ção

José CEFET-

Ação Integral
ção Par RC

José CEFET-

ção
Sc = e(t).G + e(t).G.t/TI
erro, P, I e PI

30

25
erro
Prop (G=0,5)
20
Int (1 rpm)
Int (2 rpm)
15
%

P+I (1 rpm)
P+I (2 rpm)
10

5

0
José CEFET-

ção
Sc = e(t).G + e(t).G.t/TI
Onde: G=0,5 e 1 RPM
P+I (VC=>AD)

25

20
erro (5)
15
P+I (e=5)
erro (7)
10
P+I (e=7)
5

0

José CEFET-

Ação Integral
ção

Velocidade da correção é proporcional
correção
a amplitude do desvio VC => AD

José CEFET-

Ação Derivativa
ção

A ação derivativa tem o efeito de compensar o tempo morto
do processo. Ela estabiliza a malha, mas um valor excessivo
pode levar a mesma a oscilação ( instabilidade ).

S = Td⋅ d ( PV – SP )
dt

José CEFET-

Ação Derivativa
ção
O objetivo da função derivativa é compensar os efeitos do tempo
função
morto do processo.
Tem um efeito estabilizante mas um valor excessivo pode gerar
uma instabilidade.
A saída do controlador derivativo é proporcional a derivada do
saí
erro (PV-SP).
(PV-

José CEFET-

Ação Derivativa - Controlador
ção

José CEFET-

Ação Derivativa - Controlador
ção
Par RC

José CEFET-

Ação Derivativa (PI e PID)
ção

Sem Off-set

José CEFET-

Ação Derivativa (PI e PID)
ção

José CEFET-

Controlador Proporcional+Derivativo

José CEFET-

Ação Derivativa
ção

Amplitude da correção é proporcional
correção
a velocidade do desvio AC => VD

José CEFET-

Ação PID
ção

Proporcional AC => AD

Integral VC => AD

Derivativo AC => VD

José CEFET-

Ação PID
ção

José CEFET-

Ação PID
ção

José CEFET-

Ação PID
ção

José CEFET-

Qual tipo de controlador PID utilizar?

Tipo de
Equação do controlador Vantagens Desvantagens
controlador

Out (t ) = Kc.(SP − PV ) + bias
Simples
Proporcional ou
100 Poucos permite off-set
P Out (t ) = ⋅ (SP − PV ) + bias
BP parâmetros

 t

Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt  + bias
1
2 parâmetros a ajustar
Proporcional+In  τI 0  Pode causar oscilação
tegral ou Elimina off-set
t
Resposta vigorosa a
PI Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + bias
0
mudança no setpoint

 dε  3 parâmetros a ajustar
t
Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt + τ
Proporcional+ 1
⋅  + bias Elimina off-set
τI
D
Integral  0
dt  Muito sensível a ruído
+ Derivativo ou Diminui a
Resposta vigorosa
dε oscilação
t
PID Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + D ⋅ + bias a mudança no setpoint
0
dt

Fonte: Ricardo Kalid / LACOI – DEQ – UFBA
kalid@ufba.br ou LACOI@ufba.br

José CEFET-

Qual tipo de controlador PID utilizar?
NÃO é recomendado
Tipo de controlador Recomendado para
para
T (temperatura)
L (nível)
Proporcional P (pressão)
A (composição)
P Controlador escravo
F (vazão)
da malha cascata
L (nível)
P (pressão)
Proporcional+Integral F (vazão) Variável muito lenta
PI
T (temperatura)
A (composição)
L (nível)
P (pressão) Variável muito lenta
Integral + Proporcional F (vazão) Controlador escravo
I-P
T (temperatura) da malha cascata
A (composição

Proporcional+ Integral T (temperatura) L (nível)
+ Derivativo F (vazão)
A (composição
PID

Integral + Proporcional L (nível)
T (temperatura)
+ Derivativo F (vazão)
A (composição
I-PD Controlador mestre

Fonte: Ricardo Kalid / LACOI – DEQ – UFBA
kalid@ufba.br ou LACOI@ufba.br

José CEFET-

Obrigado pela atenção
atenção

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