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Projeto de Sistema Linear e Controle, Trabalhos de Sistemas de Controle Lineares

Projeto de sintonia de controladores P, PD, PI e PID

Tipologia: Trabalhos

2020

Compartilhado em 27/02/2020

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uiler-gomes-silva-dos-santos 🇧🇷

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bg1
SISTEMAS LINEARES E CONTROLE
Prof. M.Sc. Leonardo da Fonseca Souza
Discente: UILER GOMES SILVA SANTOS
Atividade de Aula de Sistemas de Controle: Como engenheiro responsável do setor de Automação e Controle de uma empresa
de grande porte, você deve predizer e controlar o comportamento dinâmico de uma determinada planta industrial G(s). Para isso, a
partir da função de transferência deste processo execute às analises solicitadas abaixo. Esta planta está representa pelo modelo
matemático de um processo térmico em malha aberta.
1. INTRODUÇÃO
O presente projeto técnico tem por finalidade proporcionar
aos discentes de Engenharia Elétrica da UniFTC, de forma
eficaz e didática, através de métodos científicos e
aprendizagem técnica, o conhecimento através de
habilidades por competências, no desenvolvimento de
projetos, modelagem matemática e controle de processos.
2. ANÁLISE DO SISTEMA EM MALHA ABERTA
Figura 1 - Modelo matemático proposto
A partir do modelo matemático proposto, foi definido a função
de transferência principal G(s), apresentada abaixo na
Equação (1).
A partir da Equação (1), podemos esboçar o diagrama de
blocos do sistema, conforme podemos ver na Figura (2)
abaixo.
Figura 2 - Diagrama resposta Degrau Unitário
A seguir é apresentado o gráfico de RLocus, onde é possível
obter os valores dos polos, ωn e ζ.
Figura 3 - Gráfico RLocus da função G(s)
Conforme gráfico da Figura (3), é possível extrair as
seguintes informações, dispostas na tabela abaixo
Tabela 1. Dados obtidos no FTMA
Parâmetros do FTMA
Polos do sistema [ 0 -2 -1]
Ganho kcu 1,95
ωn (rad/s) 1,4
ζ 0,00486
τu (s) 4,49
Sistema não possui polo dominante, tendo em vista que
possui polos na origem (0,0).
3. ANÁLISE DO SISTEMA EM MALHA FECHADA
Agora iremos explorar a sintonia dos controladores em
questão, abaixo segue os diagramas de blocos respectivos.
- Diagrama controlador P
- Diagrama controlador PD
- Diagrama controlador PI
- Diagrama controlador PID
1
Sistema e Linear e Controle 2019.2
G
(
s
)
=3
s
(
s+1
) (
s+2
)
=3
s
(
s
2
+2s+s+2
)
=3
s
3
+3s
2
+2s
pf3
pf4

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SISTEMAS LINEARES E CONTROLE

Prof. M.Sc. Leonardo da Fonseca Souza

Discente: UILER GOMES SILVA SANTOS

Atividade de Aula de Sistemas de Controle: Como engenheiro responsável do setor de Automação e Controle de uma empresa de grande porte, você deve predizer e controlar o comportamento dinâmico de uma determinada planta industrial G(s). Para isso, a partir da função de transferência deste processo execute às analises solicitadas abaixo. Esta planta está representa pelo modelo matemático de um processo térmico em malha aberta.

1. INTRODUÇÃO O presente projeto técnico tem por finalidade proporcionar aos discentes de Engenharia Elétrica da UniFTC, de forma eficaz e didática, através de métodos científicos e aprendizagem técnica, o conhecimento através de habilidades por competências, no desenvolvimento de projetos, modelagem matemática e controle de processos. 2. ANÁLISE DO SISTEMA EM MALHA ABERTA Figura 1 - Modelo matemático proposto A partir do modelo matemático proposto, foi definido a função de transferência principal G(s), apresentada abaixo na Equação (1). A partir da Equação (1), podemos esboçar o diagrama de blocos do sistema, conforme podemos ver na Figura (2) abaixo. Figura 2 - Diagrama resposta Degrau Unitário A seguir é apresentado o gráfico de RLocus, onde é possível obter os valores dos polos, ωn e ζ. Figura 3 - Gráfico RLocus da função G(s) Conforme gráfico da Figura (3), é possível extrair as seguintes informações, dispostas na tabela abaixo Tabela 1. Dados obtidos no FTMA Parâmetros do FTMA Polos do sistema [ 0 -2 -1] Ganho kcu 1, ωn (rad/s) 1, ζ 0, τu (s) 4, Sistema não possui polo dominante, tendo em vista que possui polos na origem (0,0). 3. ANÁLISE DO SISTEMA EM MALHA FECHADA Agora iremos explorar a sintonia dos controladores em questão, abaixo segue os diagramas de blocos respectivos. - Diagrama controlador P - Diagrama controlador PD - Diagrama controlador PI - Diagrama controlador PID 1 Sistema e Linear e Controle 2019.

G ( s )=

s ∗( s + 1 ) ( s + 2 )

s (^ s

2

+ 2 s + s + 2 )^

s

3

+ 3 s

2

+ 2 s

4. SINTONIA DE CONTROLADORES P, PD, PI e PID De posse dos dados extraido do sistema em malha aberta, podemos determinar por meio do método de Ziegler-Nichols de sensibilidade limite, que os parâmetros dos controladores P, PD, PI e PID do sistema em malha fechada são os valores mostrados na Tabela 2 e 3. Tabela 2. Parâmetros de sintonia. Parâmetros de Sintonia Kp Td 1/Ti P 0,98 - - P D 1,17 0,56 - PI 0,88 - 0, PI D 1,17^ 0,56^ 0, Tabela 3. Ganho dos controladores P, PD, PI e PID. Parâmetros de Ganho Kp kd ki P 0,98 - - P D 1,17^ 0,66^ - PI 0,88 - 0, PI D 1,17 0,66 0, As funções de transferência dos controladores em FTMF e seus respectivos gráficos de resposta ao sistema são apresentados a seguir.

  • Controlador P

G ( s )=

s

3

+ 3 s

2

+ 2 s +2.

Eq ( 3 )

Figura 4 - Resposta Controlador P

  • Controlador PD

G ( s )=

1.98 s + 3.

s

3

+ 3 s

2

+ 3.98 s +3.

Eq ( 4 )

Figura 5 - Resposta Controlador PD

  • Controlador PI

G ( s )=

2.64 s + 0.

s

4

+ 3 s

3

+ 2 s

2

+ 2.64 s +0.

Eq ( 5 )

5. ESCOLHA DO MELHOR CONTROLADOR

De acordo com a Figura (9) abaixo, onde é demonstrado em um mesmo gráfico o comportamento dos controladores P, PD, PI e PID, podemos determinar qual controlador possui melhor condição de controle do sistema. Figura 9 - Resposta Controlador dos Controladores P, PD, PI e PID Diante da observação do gráfico acima, podemos inferir que o controlador mais indicado para o projeto em questão é o PD, porém o PID também possui certa indicação para controlar o sistema em questão, portanto considerarei também o PID como opção.

6. RESULTADOS Os parâmetros de desempenho do sistema, levando em conta o controlador PD e PID será expresso nas tabelas abaixo. Tabela 5. Parametros de desempenho PD DESEMPENHO PD Variaveis Controlador PD Tr 1, Tp 2, Mp 0, Ts(2%) 7, Tabela 5. Parametros de desempenho PID DESEMPENHO PID Variaveis Controlador PID Tr 1, Tp 3, Mp 0, Ts(2%) 13, 7. CONCLUSÃO A analise dos controladores foi verificado que o melhor controlador foi o PD, tendo em vista que o mesmo apresentou tempo de acomodação no Set Point menor que os demais; seguido pelo controlador PID que também mostrou-se um bom controlador a ser aplicado, apresentando um tempo de acomodação no Set Point um pouco maior que o controlador PD; o controlador PI apresentou oscilação (ressonância); e por fim o controlador P apresentou um tempo muito maior de acomodação. 8. REFERÊNCIAS 1. Noções de Programação Matlab: http://w3.ufsm.br/petmatematica/images/minicursos/Apostilas/ Apostila_Matlab.pdf 2. Curso de MATLAB 5.1: <http://www2.peq.coppe.ufrj.br/Pessoal/Professores/Arge/CO Q897/Matlab/CURSOmatlab52.pdf> 3. Funções em Matlab <http://www.mat.uc.pt/~alma/aulas/matcomp/documentos/Intr oducaoaMatlabParte203.pdf> 4. Notas de Aula, Apostilas e E-books disponibilizados pelo Prof. Msc Leonardo Souza 9. ANEXOS ANEXO I - Projeto 07 ANEXO II - Planilha de calculos ANEXO III - Arquivos do Matlab ANEXO IV - Script MATLAB