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Saiba sobre os diferentes tipos de sistemas de controle, suas estratégias de controle comuns (ligado-desligado, proporcional, integral e derivativo) e suas características. Ensaie suas dúvidas com as perguntas abaixo.
Tipologia: Notas de estudo
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Tipos de Sistemas de Controle .................................................................................................................. 1 Ações de Controle: ................................................................................................................................... 3 Controle liga-desliga :........................................................................................................................... 3 Controle proporcional - P: .................................................................................................................... 4 Controle Integral - I: ............................................................................................................................. 4 Controle proporcional e integral - PI: ................................................................................................... 4 Controle proporcional e derivativo - PD: ............................................................................................. 4 Controle proporcional, integral e derivativo - PID: .............................................................................. 5
Um Sistema de Controle é um conjunto de dispositivos que mantém o valor de uma ou mais grandezas físicas dentro de um determinado limite, de acordo com o valor programado em sua entrada. Este sistema é composto de um Processo a ser controlado, um atuador, que é o dispositivo capaz de alterar o valor físico da grandeza, um controlador, responsável pela parte “inteligente” do sistema, calculando quanta energia o atuador deverá entregar ao sistema para mantê-lo estável e, para sistemas em malha fechada, um sensor que transforma o valor da grandeza em um sinal elétrico, ou compatível, com o controlador. Estes elementos podem ser eletro-eletrônicos, mecânicos e até mesmo o próprio ser humano. Por exemplo, no controle de velocidade de um automóvel, o atuador poderia ser considerado como o pé do motorista sobre o acelerador, o sensor seria composto pelos seus olhos observando o velocímetro e o controlador seu próprio cérebro. Se o ponto de controle fosse 60 km/h e a velocidade observada no velocímetro fosse 55 km/h, o cérebro processaria a informação vinda dos olhos e mandaria acionar o pé sobre o acelerador, aumentando a velocidade e quando esta estivesse mais próxima do valor programado seria dado o comando de diminuir a pressão sobre o acelerador até que a velocidade se estabilizasse próxima do ponto de controle. O Sistema de Controle pode atuar sobre praticamente qualquer grandeza, desde que haja a necessidade de controlá-la, porém as mais comuns são: temperatura, pressão, vazão, nível de líqüidos ou sólidos, velocidade e posicionamento linear ou angular.
Podemos classificar os Sistemas de Controle quanto à sua estrutura ou desenho como sendo em malha aberta ou malha fechada, e ainda quanto ao tratamento que as informações sofrerão como analógicos e digitais. O Sistema em Malha Aberta é composto pela entrada, controlador e atuador, sem a utilização de realimentação do sistema por meio de um sensor, ou seja, após a atuação do controle não é feita a
São os equipamentos que, de acordo com sua estratégia de controle, atuam no processo, tomando as decisões necessárias , conforme o sinal recebido em sua entrada e, no caso de controle em malha fechada, de sua realimentação, enviando um comando ao atuador, o qual entrega energia ao processo, com o intuito de manter a grandeza controlada dentro dos limites pré-determinados.
As estratégias de controle mais comuns são:
Controle liga-desliga :
Também chamado On-Off. O controlador compara o sinal de entrada, que indica o valor atual da grandeza ( PV ), com o valor determinado como ponto de controle, conhecido como Set Point ( SP ), se o valor atual supera o Set Point, desliga o atuador, se o Set Point supera o valor atual, liga o atuador, considerando, por exemplo, um controle de aquecimento.
Ex.: Nos fornos elétricos, a resistência é controlada por um termostato, que é um controlador liga-desliga com par bimetálico (um dos metais se dilata mais que o outro, causando uma pequena torção numa lâmina, que abre o contato elétrico), ou com bulbo de gás. Ao se desligar, a influência da temperatura ambiente faz com que haja uma tendência de baixar a temperatura do processo, fechando o contato e ligando o atuador novamente, e assim sucessivamente.
As vantagens deste controlador são a simplicidade e o baixo custo, a desvantagem é a oscilação da saída em torno do Set Point do controlador, a chamada histerese, não garantindo precisão, apenas uma proximidade do valor do processo ao valor programado, o que pode causar desgaste do atuador, devido aos acionamentos freqüentes. Além do termostato, sistema bastante antigo, existem atualmente controladores deste tipo microprocessados com indicação digital.
O aspecto gráfico do comportamento desta estratégia é o seguinte:
Controle proporcional - P:
O controlador entrega energia ao processo com valor proporcional à diferença entre o Set Point e o valor atual da grandeza ( PV ), esta diferença é chamada de erro. Em outras palavras, se não houver diferença entre SP e PV, ou seja, erro nulo, significa que a grandeza a ser controlada está estabilizada, não necessitando, portanto, de nenhuma atuação do controlador, e a partir do momento que houver diferença, o controlador atua, com valor tanto maior quanto maior for o erro. Este tipo de controlador é, ainda, relativamente simples e de baixo custo, porém em alguns casos, dependendo do processo a ser controlado, pode não atingir a estabilidade desejada, inclusive gerando oscilação permanente, conforme ajuste de seu ganho. Mesmo quando atingido o ponto de estabilidade, ou seja, quando o valor atual se iguala ao Set Point, este tipo de controlador pode apresentar o chamado erro de regime permanente, com a tendência do valor permanecer pouco abaixo do ponto de controle, prejudicando a precisão desta estratégia.
Ex.: Esta estratégia de controle é utilizada em alguns sistemas de controle de velocidade de motores.
Controle Integral - I:
Esta estratégia de controle utiliza a operação matemática chamada integração, que produz uma saída nula quando não houver erro, ou um valor que será tanto maior quanto maior for o tempo de existência do erro. Esta operação matemática, numa análise geral, pode ser comparada a uma somatória, ou seja, o valor de saída do controlador aumenta enquanto o erro existir, até atingir o valor máximo na saída, e quanto maior o erro mais rápido será este aumento. Como a saída depende também do tempo, durante o qual houve erro, este controlador elimina o erro de regime constante, porém este apresenta a característica de resposta lenta.
Controle proporcional e integral - PI:
É a combinação das duas estratégias de controle anteriores, pois, a utilização do controlador integral elimina um dos problemas presentes no controle proporcional, que é o erro de regime constante, tornando este conjunto mais preciso que as opções analisadas anteriormente.
Controle proporcional e derivativo - PD:
Combinação entre o controle proporcional, já visto, e o derivativo. Este tem como base a operação matemática chamada de derivada. De forma simplificada, esta pode ser entendida como a taxa de variação do erro em relação ao tempo. Se, por exemplo, o erro cresce rapidamente, sua saída será um valor grande e se o erro cresce lentamente, sua saída apresentará um valor menor. Este resultado indica a tendência
