Aula de Instrumentação - Controlador PID

Aula de Instrumentação - Controlador PID

Elementos de uma Malha de Controle

Controle por Realimentação

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).

Ação Liga-Desliga

    • Faixa Morta:
      • Exemplo: Compressor de ar

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)

Ação Proporcional

    • Conceito:
      • O tamanho da resposta é proporcional ao tamanho do erro.

Ação Proporcional

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.

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.

Ação Derivativa

Resposta de um Controle PI e PID

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Estrutura Interna dos Controladores

Resistência

Capacitância

Capacitância

Controlador

    • Sintonia de Controlador:
      • Método da Oscilação Amortecida
      • Método Final

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade Limite

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade Limite

Critérios de Sintonia Método da Sensibilidade Limite

Critérios de Sintonia Método da Curva de Reação

Critérios de Sintonia Método da Curva de Reação

Critérios de Sintonia Método da Curva de Reação

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 180º.

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 = 0,83* 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

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