Aula de Instrumentação - Controlador PID, Notas de aula de Engenharia de Petróleo
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Aula de Instrumentação - Controlador PID, Notas de aula de Engenharia de Petróleo

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Aula do Prof Eng Marcos Lima sobre principio de funcionamento de um controlador PID
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Controle

Elementos de uma Malha de Controle

Controle por Realimentação

LIC

Controlador  Ações de controle:

 Liga-Desliga  Proporcional  Integral  Derivativo

Controlador  Ação Liga-Desliga:

 O elemento final de controle só pode assumir duas posições: Desligado (Aberto) ou Ligado (Fechado).

LigadoDesligado

PVSet Point

tempo

Desligado

Ação Liga-Desliga  Faixa Morta:

 Exemplo: Compressor de ar

LigadoDesligado

Lim. Inf.

Lim. Sup.

t

Ação Liga-Desliga  Aplicação:

 Não se requer o controle preciso e a medição pode oscilar constantemente.

 A relação entre tempo morto e constante de tempo é pequena para evitar amplitudes muito grandes no ciclo da medição.

 O processo é lento, podendo suportar grandes variações da demanda, tendo uma pequena amplitude e um longo período de oscilação.

Ação Proporcional  Ação do Controlador:

 Direta: (PV - SP)  Inversa: (SP - PV)

 Propriedades Dinâmicas:  A variação da saída ocorre simultaneamente com a

variação do erro.  O valor do erro para uma dada BP gera um único valor de

saída.

Ação Proporcional  Conceito:

 O tamanho da resposta é proporcional ao tamanho do erro.

e BP

eKSS pO % 100SS

ou

O 



Ação Proporcional

PV

SP

0 ºC 200 ºC

100

Ação:

PV =

SP =

e =

k =

BP =

So =

S =

Ação Proporcional

Ação Integral  Conceito:  É proporcional a integral do erro em relação ao tempo.  Repete a correção proporcional enquanto persistir o

erro.  Anular o erro de off set.

 edtTeBPSS iO 1% 100

Ação Integral  Unidade:

 Repetição/Minuto.  Minuto/Repetição.

Ação Integral

Ação Derivativa  Conceito:  Ação corretiva proporcional a derivada do erro em relação ao tempo.  Ação derivativa sente a velocidade de variação do erro e produz uma

componente corretiva proporcional a esta variação.  Compensa o tempo morto do Processo.  Valor excessivo leva a instabilidade.

dt deTedt

T e

BP SS d

i O  

1% 100

Ação Derivativa

Amplificação de Ruído pela Derivada

Resposta de um Controle PI e PID

Processo com um grande tempo morto

PID

PI

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR P

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PI - SÉRIE

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PI - PARALELO

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PD - SÉRIE

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PD - PARALELO

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo no Erro

i

di

T TTα 

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – SÉRIE – Derivativo na VP

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – PARALELO – Derivativo no Erro

  t

DIP Biasdt EdKdtEKEKCV

0

)()()(

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – PARALELO – Derivativo na VP

  t

DIP Biasdt PVdKdtEKEKCV

0

SP)-PV(E )()()(

  t

DIP Biasdt PVdKdtEKEKCV

0

PV)-SP(E )()()(

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – Misto – Derivativo no Erro

Estrutura Interna dos Controladores

CONTROLADOR PID – MISTO – Derivativa na VP

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Tempo Morto

Tempo decorrido após ocorrência de um distúrbio no processo até que seja notada uma mudança na saída do mesmo.

Resistência

Resistência – São as partes do processo que resistem a uma transferência de energia ou de material.

Capacitância

Capacitância é um elemento do processo capaz de Acumular matéria ou energia.

A capacitância tende a atenuar os distúrbios do processo.

Capacitância Capacitância é uma medida das características próprias do processo para manter ou transferir a quantidade de energia ou de material com relação a uma quantidade unitária de alguma variável de referência.

Capacidade = ((5,64)24)/4=100 m3

Capacitância = 100/4= 25 m3/m Capacidade = ((4)28)/4=100 )/4=100 m3

Capacitância = 100/8)/4=100 =12,5 m3/ m

4 m 5,64 m

Controlador  Sintonia de Controlador:

 Método da Oscilação Amortecida  Método Final

 Controle das Variáveis:  Pressão  Temperatura  Vazão  Nível

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade

Limite ZIEGLER-NICHOLS

1 – Tirar a ação integral e a ação derivativa do controlador.

2 – Mantenha o controlador em malha fechada.

3 – Com o ganho proporcional num valor arbitrário, imponha Um distúrbio no processo e observe a resposta.

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade

Limite

Instável, Amplitude crescente

Ciclo contínuo Ganho crítico e Período crítico

Estável amortecida

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade

Limite

-CONTROLADOR PROPORCIONAL

KP = 0,5Ku

-CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL

KP = 0,45Ku

TI = PU/1,2

Critérios de Sintonia Método da Curva de Reação

1) Abrir a malha de Controle.

2) Causar pequena e repentina mudança na entrada do

processo.

R = % da mudança da variável (VP) /tempo L = atraso de tempo V = porcentagem da variação da posição do

elemento final de controle usada para produzir a curva de reação ( abertura da válvula )

Critérios de Sintonia Método da Curva de Reação

-CONTROLADOR PROPORCIONAL

-BP(%) = 100 R·L/ V

-CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL

-BP(%) = 110 R·L/ V -TI(min) = L/0,3

KP = BP/100

Critérios de Sintonia Método da Curva de

Reação CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO

-BP(%) = 83 R·L/ V -TI(min) = L/0,5 -TD (min)= 0,5·L

Critérios de Sintonia Método da Curva de

Reação

Sintonia do Controlador  Estabilidade do Processo:

 Ganho total do sistema ser menor que 1.

 Ângulo de fase igual a 18)/4=100 0º.  Critério de sintonia:  Método Dinâmico: Resposta de malha fechada

com controlador em automático.  Método Estático: Resposta de malha aberta com

controlador em manual.

Método Dinâmico - Oscilação amortecida  Procedimento:

 Controlador em automático.  Eliminar ação integral (ajuste de Ti infinito).  Eliminar ação derivativa(ajuste de Td zero).  Com um ganho arbitrário, provoca-se uma

pequena variação, tipo degrau e observa-se a resposta.

 Ajuste o ganho do controlador de modo a se obter uma curva de resposta com amortecimento de 4:1.

Método Dinâmico - Oscilação amortecida

Método Dinâmico - Oscilação amortecida

Ajuste dos Parâmetros:  Ti = 0,667 *Período  Td = 0,167*Período  k = último ajuste As desvantagens desse método são:  O método da oscilação amortecida é de tentativa

e erro, portanto, requer paciência e experiência.  O método requer uma perturbação ao processo

Método Estático - Método Final

 Método desenvolvido em 1942 por Ziegler e Nichols.

 O método consiste em encontrar o maior ganho (ganho final) apenas com a ação Proporcional que sistema ainda seja estável.

Método Estático - Método Final  Procedimento:

 Controlador em Manual.  Eliminar ação integral (ajuste de Ti infinito).  Eliminar ação derivativa(ajuste de Td zero).  Com um ganho arbitrário, provoca-se uma pequena

variação, tipo degrau e observa-se a resposta.  Aumente o ganho do controlador e aplique um

degrau no set point até se obter uma oscilação constante na saída.

Método Estático - Método Final

Método Estático - Método Final Ajuste dos Parâmetros:  Proporcional:

 BPf = 2*BPc  Proporcional + Integral:

 BPf = 2,2*BPc  Ti = 0,8)/4=100 3* Pc

 Proporcional + Integral + Derivativo  BPf = 1,67*BPc  Ti = 0,5*Pc  Td = 0,125*Pc

Método Estático - Método Final

As desvantagens desse método são:  O método é de tentativa e erro, portanto,

requer paciência e experiência.  O método requer uma perturbação ao

processo

Controle de Pressão

Ação de controle:  Proporcional com banda estreita para

processo que admite pequeno off set.  Proporcional + Integral.

Controle de Temperatura

Ação de controle:  Proporcional + Integral + Derivativo.

Controle de Vazão

Ação de controle:  Proporcional + Integral.

Controle de Nível

Ação de controle:  Proporcional com

banda estreita para processo que admite pequeno off set.

 Proporcional + Integral.

é tudo que eu preciso!valeu.
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