SISTEMAS CONTROLE I Modos Op.

1. SISTEMASCONTROLE IModos Op. Prof. ArnaldoI. T. ConsultantI. A. I. Consultant

2. I S A P I D Modos Funcionais

3. Equação P I D – Normatização I S A S = K . [ e(t) + Ki . ∫edt + Td . de/dt ] + BIAS • K = Ganho Proporcional do Processo • Ki = Ganho Integral Ki = 1 / Ti • Ti = 1 / Ki = Tempo Integral ( Reset Time ) • Td = Ganho Derivativo( Tempo Derivativo) • de = ( Erro Atual – Erro Anterior ) • dt = Tempo de Amostragem • BIAS = Off-Set da Saída de Controle

4. Algoritmo P I D I S A -- Fluxograma

5. Caso Ação Op. de ControleSejaPuramente Proporcional, Saídado ProcessoDeverá Ser o ErroMultiplicado por Kp, pois o Ganho PDeverá MelhorarRapidamente a Resposta, AproximandoValores de Saída do Valor Desejado como Set Up Referencial de Pré-Ajuste FuncionaldoProcesso ; Aumentando-se o Kp, Incrementa-seTambém o Valor das Respostas do Processo & como Efeito 2ário, Melhoraria o Tempo Finalda Resposta, por isso, às vezes, Apenas a Ação Op. KpÉSuficiente para ObterBons Resultados ; Mas, Usar o Ganho PSem Critérios TécnicosTambém Pode GerarEfeitos Op. Indesejados, como Aumentos dos Valores de Resposta que Podem DanificarComponentes da Malha de Controle &/ou do próprio Processo, Além de ProvocarEfeitos Oscilatórios que GerariamSituações de Instabilidade Op. pois, na Maioria das Vezes, KpAtuando Isoladamente, Não Elimina TotalmenteErros Op. ;

6. Ações IntegraisPodem CausarProblemas Op.de Controle Funcional conhecidos como “WIND UP”, pois quando umaVariável de Controle AtingeValor Máximo no Elemento Atuador, o ProcessoOperará como Malha Aberta, já que este AtuadorPermanecerá no Valor Op. Limite, Independentementeda Resposta de Saída do Processo ; Caso a Ação Integral se ProlongueDEMAIS, ErrosContinuarão Sendo Integrados à Resposta & FicarãoEnormes, pois Mesmo Quando o ProcessoAtingiro Valor Esperado, a Ação Op. IContinuará a Ser Aplicada & a Resposta de SaídaIrá Se DistanciarCada Vez Mais do Valor de Referência que se Desejava Alcançar ; Quando esta Ação IntegralComeçar a Diminuir, o ProcessoReagirá Tentando Reverter seus Excessos Anteriores, ProduzindoVariadas OscilaçõesEm Torno do Valor Desejado como Set Up; Uso Indiscriminado do Ganho IntegralIrá Interferir no Tempo que o ProcessoPrecisa para sua Estabilização Op. pois, Quanto MaiorFor Ganho Ki, Mais DemoradaSeráEstabilização da Resposta de Saída ; Portanto, a Maneira Mais Eficaz de Atuar contra o Efeito “Wind Up” É Limitar o Tempo da Ação Integral, DefinindoLimites para os Valores Máximo & Mínimo que o Elemento AtuadorContinuará Agindo ;

7. O Objetivo Principal da Ação Derivativa é Melhorar os Níveis de Estabilidade Op. do Processo, principalmente ao se AplicarGanho PD, capaz de OferecerCertos Graus de Previsibilidade ao Comportamento Op. do Processo ; Ganho D deve Amortecer a Resposta de Saída do Processo & Valores CrescentesKdReduzirãoOscilações & q. q. “Overshoots”, mas TambémAumentariam o Tempo de Estabilização Técnica Funcional do Processo; Problemas Técnicos Op. com Ganhos DExcessivos estão Relacionados aos Tempos de Aplicação da Ação D, além de Altos Níveis de Ruídos & Oscilações Repetitivas ; A Saída do Controlador PDSeráProporcional às Variações de RespostaDivididas pelo Tempo de Aplicação Op. da Ação D, pois caso tais Variações se TornemConstantes AparecerãoRuídos IndesejadosBastante Intensos que SãoMuito Prejudiciais à Estabilização Op. do Processo ;

8. I S A P I D Parâmetros Operacionais

9. Regime Transitório- Período de Tempo a partir da 1ª. Alteração da Variável Manipulada( VM), Qdo.Variável Controlada ( VC) SofreAlterações ; • Regime Permanente( Steady State) - Período a partir do qual 1VCConvergirá para 1Valor &/ou Comportamento, basicamente, Constante ( VCss) ; • Tempo Morto(Dead Time – tm) - Tempo que um ProcessoIrá Demorar para IniciarsuaResposta à Variação Funcional de 1VM ; • Constante de Tempo do Processo( T ) - Tempo que o ProcessoLevará para que 1VC possa Atingir 63 % de sua VCss ( VC=0,63. VCss ) ;

10. Tempo de Reação( tr ) – Tempo Funcionalpara 1ProcessoIniciar Resposta sob Malha Fechada; • Tempo de Subida( Rising Time – trt - tsub) : Tempo para VCIr de 10 % até 90 % de VCss ; • Tempo de Acomodação( Settling Time - ts) : Tempo para VCIr até 95 % de VCss ou Caso Esta Resposta Op.SejaMuito Oscilatória, o Tempo para VCse Manter na Faixa Op. de VCss± 5 % ; • Sobre / Sub-Elevação( Over / Undershoot ou tb. SE / sE ) – Maiores Valores que VCAlcançaAcima & Abaixo de VCssDurante as suas Oscilações Op., sendo Expresso, normalmente, em % de VCss ;

11. Identificar Corretamente osParâmetros Técnicos solicitados para as Situações de CTRL Op.: • Regime Transitório ( Transient State - tsf ) • Regime Permanente ( Steady State - ssf ) • Tempo Morto ( Dead Time - dt ou tm) • Constante de Tempo do Processo ( T ) • Tempo de Reação ( tr) • Tempo de Subida ( Rising Time - trt ou tsub) • Tempo de Acomodação ( Settling Time - st) • Sobre-Elevação ( Overshoot- SE) • Sub-Elevação ( Undershoot - sE )

12. Nível Líquido de 1 Tanque SE máx Sistema CTRL 2 SE máx SE SE trt ts ssf2 trt ts sE Sistema CTRL 1 sE tr =tr=0 T T tsf 1 ssf 1 dt1 =dt2=0

13. °C SP minutos Controle de Temperatura para 1 Forno Industrial

14. minutos

15. minutos

16. I S A P I D Características Ações Op.

17. Controle P I D--Características Op. Típicas Parâmetro Grandeza

18. Ganho Proporcional:CalculaMVLevando-seEm Conta a Distância entre Set Point & Valor da Variável PV ( Off-Set) num Instante de Tempo ; • Ganho Integral:CalculaMVConsiderando-seTempo que ProcessoEstáDistante do Set Point ; • Ganho Derivativo: CalculaMVAnalisando-seTaxa de Variação da PV (ou a Velocidade da Variação em relação ao Tempo) ;

20. Dificuldade TécnicaSintonia FuncionalPIDAjustes das Intensidades de Aplicação de CadaUma das Ações de Controle dentro do Processo; • Somatória das 3 Ações de Controle Op. : ◊ PDiminuiçãoBrusca das Oscilações ◊I Diminuição /Eliminação dos Desvios ◊D Suavização Lenta de Oscilações & Desvios • Como PID CTRL para TemperaturaDeve Atuar Op.? ? ? ◊ Ação ProporcionalSuavizar / EliminarOscilações; ◊ Ação IntegralDiminuir/ EliminarDesvios Off-Set; ◊ Ação Derivativa FornecerRecursos Antecipativos, EvitandoPreviamenteAumentos de Desvios, Quando ProcessoPossuirTendênciasLentas de Correção Op. se Comparadas à Velocidade de Crescimento do Desvio;

21. MelhoriasnaSintonia Op.dasMalhas de ControleÉBoa Práticaque seTraduzemInvestimentodeRápido Retorno,poisMalhas de ControleMal SintonizadasElevam DemaisosCustos Produtivos,tais como : ▲ Maiores Níveis de Instabilidade Op. nos Processos ; ▲Aumentam Níveis de Consumo de Energia Elétrica ; ▲Aumentam Desgaste dos Elementos Móveis,Atuadores& Válvulas que Operam Mais Vezes dentro dos Processos, Eventos de Manutenção Corretiva Mais Freqüentes& Menores Índices de Vida Funcional Útil ; ▲Aumentam Número de Paradas Op. dos Processos ; ▲Aumentam Refugo Produzido Antes da Estabilização Op. ; ▲Aumentam Número de Horas Extras de Manutenção ; ▲Reduzem Níveis de Produção, Qualidade, Confiabilidade &Custos/Unidade;

22. AlgoritmosdeControle PIDsãoEficientes&Confiáveis, masNão CapazesdeMelhoraremNíveis de Desempenho de ProcessosMal Dimensionadosou Problemas Legados : – Mal Dimensionamento de Atuadores&/ouE. F. C.s : • Excesso ou Falta de Atuação Op. sobre Processos Regulados • Atuação Assimétrica ou Irregular sobre Processos Controlados • Não Linearidade Funcional nos Modos de Ação – Mal Dimensionamento de Sensores : • Sensores com Faixas Op. de Medição Muito Extensas • Sensores Inadequados ou Defeituosos nos Processos Regulados • Sensores Mal Posicionados, Mal Instalados ou Mal Configurados – Falhas Inerentes : Folgas, Atritos, Desgastes, Distúrbios, ... – Processos Naturalmente Instáveis & com Muitos Atrasos no Sensoriamento, Medição &/ou Atuação Operacional