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Controle de Sistemas: Proporcional, Integral e Derivativo, Notas de estudo de Eletromecânica
Este documento explica os diferentes tipos de controle utilizados em sistemas automatizados, incluindo o controle proporcional, integral e derivativo. Cada tipo de controle é descrito em detalhes, com exemplos práticos e vantagens e desvantagens. O controle proporcional compara a entrada com a realimentação e controla a saída de acordo com a diferença entre elas. O controle integral utiliza um integrador para acumular o erro e produz uma saída proporcional à área sob a curva do erro. O controle derivativo calcula a taxa de variação da entrada e produz uma saída proporcional à taxa de variação. O controle pid combina os três tipos de controle para melhorar a precisão e velocidade de resposta.
Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
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São os blocos que tomam as decisões nos SC, de acordo com a entrada e a
realimentação (SC de malha fechada), enviando um comando ao atuador.
AAççõõeess ddee CCoonnttrroollee::
A forma de controlar dos Atuadores se divide em:
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O controlador compara o sinal de entrada com a realimentação, e se a saída supera
a entrada, desliga o atuador, se a realimentação for menor, liga o atuador.
Ex.: Nos fornos elétricos e geladeiras, o calefator ou compressor é controlado por
um termostato, que é um controlador liga-desliga com par bimetálico (um dos metais se
dilata mais que o outro, vergando-se e abrindo o contato). Ao se desligar, o ambiente faz
a temperatura mudar algum tempo depois e o bimetálico retorna à posição, fechando o
contato e ligando o atuador.
As vantagens deste controlador são a simplicidade e o baixo custo, as
desvantagens são a contínua oscilação da saída entre os limites de atuação do controlador,
histerese, não garantindo precisão e podendo desgastar controlador e atuador pelo excesso
de partidas.
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A saída é proporcional ao sinal de erro (diferença entre entrada e realimentação),
de modo que o atuador opera continuamente, com potência variável. O controlador é
simplesmente um amplificador.
Este sistema é ainda simples e de baixo custo, tendo uma precisão boa, mas nem
sempre é rápido, e pode se tornar instável, se o ganho for muito alto. Instabilidade é a
situação em que o controlador reage muito rápido, e a saída passa do valor na entrada sem
que haja a reversão da tendência, o que pode levar à saturação do amplificador ou à
oscilação contínua em torno do valor na entrada (geração de onda senoidal na saída, sem
entrada).
Ex.: Muitos dos sistemas de controle de velocidade de motores são proporcionais,
inclusive o controle de automóveis por um motorista.
pequeno), esta média será a derivada da grandeza no instante inicial. Assim, a derivada
indica a tendência de variação da grandeza.
O controle apenas derivativo não seria viável, pois não responderia ao sinal de
erro, mas somente à sua tendência de variação.
Quando somada a saída proporcional do amplificador com a do diferenciador,
ambos tendo o sinal de erro na entrada, temos o controlador proporcional e derivativo.
A vantagem deste controle é a velocidade de resposta, que se deve à imediata
reação do diferenciador: inicialmente, o erro é grande, e o diferenciador fornece um sinal
forte ao atuador, que provoca rápida variação na grandeza controlada, à medida que o erro
vai diminuindo, o diferenciador apresenta uma saída menor (de acordo com a velocidade
de variação na grandeza), reduzindo a ação do atuador, o que evita que se passe (ou passe
demais) do valor desejado (entrada).
A desvantagem é que o diferenciador é um circuito muito susceptível a ruídos de
alta freqüência, pois é um filtro passa-altas, o que pode levar a distúrbios durante o
processo de controle.
- •••• CCoonnttrroollee pprrooppoorrcciioonnaall,, iinntteeggrraall ee ddeerriivvaattiivvoo::
É a combinação do anterior com o integral. Isto se faz somando os sinais de saída
de um amplificador, um diferenciador e um integrador, todos eles com o sinal de erro
aplicado na entrada.
Assim, temos um compromisso entre a velocidade de atuação, devida ao
diferenciador, e erro de regime nulo (precisão), devido ao integrador.
Este é o mais usado dos tipos de controle eletrônicos. Os parâmetros deste sistema
podem ser alterados ajustando-se os potenciômetros (que alteram as constantes de
integração e diferenciação), o que dá flexibilidade a estes sistemas analógicos somente
superadas pelos digitais.