5 estabilidade e sintonia de processo-lamartine(ppt3)

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

Critérios de Estabilidade
Sintonia de Controle

Desempenho de uma Malha de Controle

O que é um bom controle?

Um bom controle consegue promover:

Estabilidade;
Boa velocidade de resposta;
Sensibilidade;
Exatidão, etc.

Na sequência destes slides veremos como.

José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.1
José CEFET-

ESTABILIDADE

Mesmo com realimentação os sistemas podem tornar-
se instáveis.

Os sistemas estáveis atingem um ponto de equilíbrio e
permanecem neste estado.

Sistemas instáveis não possuem ponto de equilíbrio.

José CEFET-


-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-


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-

VELOCIDADE DE RESPOSTA

Quão rapidamente a saída atinge o valor em regime.

Respostas em regime transitório e em regime permanente

José CEFET-

SENSIBILIDADE

A sensibilidade de um sistema é a medida de quão
sensível é a saída devido a mudanças nos valores dos
componentes físicos ou condições ambientais.

José CEFET-

OUTRAS CARACTERÍSTICAS
IMPORTANTES

a)Exatidão aumentada: capacidade de reproduzir a entrada
com fidelidade.
b)Sensibilidade reduzida - não altera a saída em função de
variações nas características do sistema.
c)Redução do efeito da não-linearidade e distorções.
d)Largura de Faixa aumentada - a largura de faixa de um
sistema é a faixa de freqüência na qual o sistema
responderá satisfatoriamente.
e)Tendência para oscilação ou instabilidade.

José CEFET-


José CEFET-

Procedimento que visa adequar os ajustes dos componentes malha
como controlador (PID), transmissor, transdutor, EFC, etc., com as
características fixas do processo (Capacitância, Resistência, Tempo
morto, constante de tempo, etc)

José CEFET-

Critérios de Desempenho de uma Malha
de Controle

Critério da Taxa de Amortecimento ou Área Mínina
Critério do Distúrbio Mínimo
Critério da Amplitude Mínima
Se consegue adequando isso!

Ação proporcional
Ação Integral
Ação Derivativa
José CEFET-

José CEFET-

Critério da taxa de amortecimento mínima
O desvio que correlaciona a menor amplitude entre dois picos
sucessivos é 0,25, ou seja cada onda será um quarto da precedente

Se aplica aos processos onde a duração do desvio é tão importante
quanto a amplitude do mesmo.
Existem processos onde desvio além de uma faixa estreita podem
ocasionar um produto fora de especificação.
José CEFET-

Critério do distúrbio mínimo
As ações de controle deverão criar o mínimo de distúrbio à
alimentação do agente de controle e a saída do processo.

Aplica-se a malhas de controle onde as ações corretivas constituem
distúrbios aos processos associados.

Correções repentinas ou cíclicas a uma válvula de controle de vapor pode
desarranjar a alimentação de vapor e causar sérios distúrbios a outros
processos alimentados pela mesma linha.
José CEFET-

Critério da amplitude mínima

A amplitude do desvio deverá ser mínima. A amplitude do desvio é
mais importante que sua duração.

Aplica-se especialmente aos processos onde o equipamento ou o produto
podem ser danificados por desvios excessivos, mesmo sendo de pouca
duração
Uma ultrapassagem mesmo temporária de temperatura pode queimar o
metal e reduzir consideravelmente sua qualidade.
Nitração do tolueno na fabricação de TNT (explosivo). 5oF
José CEFET-

Métodos de Sintonia de Controle

Tipo FEEDBACK
Métodos de aproximações sucessivas ou tentativa e erro
Métodos que necessitam de identificação do processo

Métodos de ZIEGLER e NICHOLS em malha fechada

Métodos de auto-sintonia

José CEFET-

Método de aproximações sucessivas ou
tentativa e erro

Consiste em modificar as ações de controle e observar os efeitos
na variável de processo.

Passos:
1. Eliminar a ação integral (Ti =Infinito) e a ação derivada (Td = 0)

2. Coloque K num valor baixo (Kc = 0,5) e coloque o controlador em automático.

3. Aumente o Kc aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos
de servos e regulador.

José CEFET-

tentativa e erro

4. Reduza Kc a metade

5. Diminua Ti aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos
servos e regulador. Ajuste Ti para 3 vezes o valor.

6. Aumente Ti aos poucos até o processo ciclar continuamente nos casos
servos e regulador. Ajuste Ti para 1/3 do valor

José CEFET-

tentativa e erro

O valor de Kc quando
o processo cicla
continuamente é
chamado de último
ganho (ultimate gain)
sendo representado
por Kcu.

José CEFET-

tentativa e erro - Desvantagens

José CEFET-

José CEFET-

Método que necessitam identificação do
processo

José CEFET-

Método que necessitam identificação do processo

José CEFET-

processo

José CEFET-

Método que necessitam identificação do processo

José CEFET-

processo

José CEFET-

processo

José CEFET-

processo

José CEFET-

Método de ZIEGLER e NICHOLS

É um dos métodos que permite o cálculo das ações de controle sem a
necessidade dos parâmetros do processo.

O critério de desempenho escolhido por Ziegler e Nichols foi o de resposta de
amortecimento de 1/4

José CEFET-


José CEFET-


José CEFET-


6.12

José CEFET-


O teste termina quando se
obtém uma oscilação contínua
da variável do processo como
mostrado na figura ao lado

Anotar o ganho do controlador que
ocasionou a oscilação contínua (Gcr)
Diminuir o ganho proporcional para
estabilizar a variável controlada (PV)
Medir o período T
José CEFET-


José CEFET-


José CEFET-

O sistema é excitado por um relé que causa oscilações no sistema com
pequena amplitude. A amplitude pode ser restrita pelo ajuste da amplitude
de entrada.
Normalmente um experimento em malha fechada é suficiente para encontrar
o modêlo dinâmico, e o experimento não requer alguma informação prévia
do modêlo.

José CEFET-


José CEFET-

Tipo de
Equação do controlador Vantagens Desvantagens
controlador
Out (t ) = Kc.(SP − PV ) + bias Simples
Proporcional ou Poucos permite off-set
P 100
Out (t ) = ⋅ (SP − PV ) + bias parâmetros
BP
 t
 2 parâmetros a ajustar
Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt  + bias
1
Proporcional + τI
 0  Pode causar oscilação
Integral ou Elimina off-set
PI t Resposta vigorosa a
Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + bias mudança no setpoint
0
 t

∫ ε .dt  + bias
1 Elimina off-set
Integral + Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) +
 τI 0  Mudança no 2 parâmetros a ajustar
Proporcional ou
I-P t SP causa Pode causar oscilação
Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + I .∫ ε .dt + bias menor )MV
dε 
0
 t
Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt + τ
Proporcional+ 1 3 parâmetros a ajustar
⋅  + bias Elimina off-set
τI
D
Integral  0
dt  Muito sensível a ruído
+ Derivativo ou Diminui a
dε Resposta vigorosa
t

PID Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + D ⋅ + bias oscilação
a mudança no setpoint
0
dt
 d (− ∆PV )  Elimina off-set
t
Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + ∫ ε .dt − τ D ⋅
Integral + 1

Proporcional  τI 0 dt  Diminui oscil. 3 parâmetros a ajustar
+ Derivativo ou Muito sensível a ruído
t
d (− ∆PV )
)SP causa
I-PD Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + I .∫ ε .dt + D ⋅ + bias menor )MV
0
dt

Agradecimento ao Prof. Ricardo Kalid - UFBa
José CEFET-

Tipo de NÃO é recomendado
Equação do controlador Recomendado para
controlador para
T (temperatura)
Out (t ) = Kc.(SP − PV ) + bias L (nível)
Proporcional A (composição)
ou P (pressão)
P 100 Controlador escravo
Out (t ) = ⋅ (SP − PV ) + bias F (vazão)
BP da malha cascata
L (nível)
Proporcional+  t
 P (pressão)
Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt  + bias
1
Integral  τI 0  F (vazão) Variável muito lenta
PI ou T (temperatura)
t
Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + bias A (composição)
0
L (nível)
 t

∫ ε .dt  + bias
1
Integral + Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + P (pressão) Variável muito lenta
 τI 
Proporcional 0
F (vazão) Controlador escravo
ou
I-P t T (temperatura) da malha cascata
Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + I .∫ ε .dt + bias
0
A (composição)

Proporcional+  dε 
t
Out (t ) = Kc.ε + ∫ ε .dt + τ
1
⋅  + bias T (temperatura) L (nível)
Integral τI
D
dt 
 0
+ Derivativo ou A (composição F (vazão)
PID dε
t
Out (t ) = Kc.ε + I .∫ ε .dt + D ⋅ + bias
0
dt
 d (− ∆PV ) 
t
Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + ∫ ε .dt − τ D ⋅
Integral + 1
 L (nível)
Proporcional  τI 0 dt  T (temperatura)
F (vazão)
+ Derivativo ou A (composição
d (− ∆PV ) Controlador mestre
t
I-PD Out (t ) = Kc.(− ∆PV ) + I .∫ ε .dt + D ⋅ + bias
0
dt
Agradecimento ao Prof. Ricardo Kalid - UFBa
José CEFET-

Obrigado pela atenção !!!

Contatos
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lamartine@cefetba.br

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José CEFET-

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