Classificação de Sistemas pelos polos em 0

 Já vimos como podemos dividir os sistemas de acordo com o grau do polinômio do denominador, e com as características da resposta no tempo, agora vamos ver outra classificação que nos dirá qual o desempenho do sistema para seguir um sinal de referência. Assumindo a função de transferência genérica abaixo:

 

O termo de s elevado a p, nos diz a quantidade de polos na origem do plano complexo, que o sistema possui, esses polos aumentam a capacidade da planta seguir um sinal de referência que entra nela, até agora vimos apenas resposta à entrada em degrau, mas também existem as entradas em rampa e em parábola, os polos na origem aumentam a capacidade do sistema de seguir entradas, porém o fazem se aproximar da instabilidade. E a classificação é bem simples:

 

Fonte:

Aulas de SISC1 no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 11/2020 até 03/2021

 

O Controlador PID

 Se você já mexeu com eletrônica ou a parte de controle, você com certeza ouviu falar dessa técnica de controle, isso porque ela é a mais usada para controlar quase qualquer planta, ela ser a mais usada não significa necessariamente que é a melhor.

Controlador PID, se refere a controlador Proporcional - Integrativo - Derivativo, isso porque o sinal de controle dependerá de uma parte que será proporcional ao erro naquele instante, outra levará em conta o erro acumulado, por integra-lo, e a outra parte dependerá da taxa de variação da saída. como demonstrado no diagrama abaixo:

 

Porém não basta simplesmente montar uma estrutura com esse formato, e o controle será garantido, o funcionamento desse controlador depende de sintonizar os ganhos de cada uma das partes, vou falar superficialmente das 3 aqui:

Controle proporcional

Como o nome sugere, ele dará o resultado do erro associado à um ganho de proporcionalidade, Kp, escolhido por quem está manipulando, 

Controle Integral

Esse controlador adiciona ao sistema, um polo na origem do plano S, e melhora a capacidade do sistema de seguir uma referência, com menor erro, ele integra o valor do erro para tornar o sistema mais rápido, porém isso também faz com que, depois de atingir o valor desejado, a memória desse controlador continua mandando sinal de controle, isso faz com que o sistema se aproxime da instabilidade. O ganho desse controlador pode ser escolhido como:

 

Deve-se prestar muita atenção ao sintonizar esse controlador, em qual variável estamos fornecendo, se estivermos manipulando Ki, a sintonia é bastante intuitiva, maior o ganho, maior a resposta do integral, mas se estivermos manipulando Ti, a relação dele com a atuação do controlador é inversa! Um valor de Ti alto, fará o controle integral atuar pouco, mas se ele for muito baixo, a integração terá um efeito muito forte, podendo até inviabilizar o controle.

Controle Derivativo

Esse controlador vai agir de acordo com o quanto a saída está variando, ele é bastante útil para lidar com possíveis perturbações na planta, e pode fazer com que o controlador tenha reações mais rápidas em estado estacionário.

Fonte:

Aulas de SISC1 no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 11/2020 até 03/2021

Não idealidades no controle de uma planta

 Até agora quando vimos o diagrama de blocos, tínhamos o conhecimento e controle de tudo que ocorre na planta, mas isso não é necessariamente verdade em um sistema real, o sistema pode sofrer várias interferências durante o funcionamento, veja as comparações abaixo.

 

 

Aqui temos o diagrama de blocos como foi visto até agora, com os blocos do controlador, da planta, e a dinâmica da realimentação, H. Além dos sinais já conhecidos, porém esse diagrama pode sofrer influências do meio ao redor, que podem poluir os sinais, então uma representação que considere tais influencias seria:

 

 Aqui além dos blocos e sinais já conhecidos, temos um novo sinal, D(s) que representa os distúrbios que podem ocorrer durante o processo, se estivermos lidando com um sistema controlado eletricamente, esses distúrbios seriam ruídos eletromagnéticos captados pelos fios, para exemplificar, mas outros sistemas possuem outros tipos de ruídos também, que podem afetar o resultado.

Além dessas perturbações externas, o sistema também pode ter uma resposta lenta, quando comparado com o controlador, fazendo com que o desempenho seja afetado, veremos como tratar tudo isso em próximos artigos.

Fonte:

Aulas de COPRO no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 05/2021 até 07/2021

interface entre controle e o processo controlado

Quando temos que controlar uma planta que executa uma tarefa, pode ser a planta de um sistema térmico, mecânico, qualquer que seja, teremos a planta, que foi o que modelamos por equações diferenciais antes, e teremos o controlador que tem a função de fazer com que aquela planta, tenha a resposta que desejamos.

 

Ao fornecer um valor de referencia ao controlador, ele iniciará o processo de controle, verificando o erro e se comunicando com a planta de determinada forma, a mais comum é através de tensão elétrica, mas podem existir outras, como corrente ou outros  métodos.

Mas uma coisa muito importante de prestar atenção, para controlar um processo. O controlador também é um sistema real, então não podemos aplicar qualquer sinal no esforço de controle, devemos respeitar os limites do controlador.

O controlador pode ser um computador ou microcontrolador, nesse caso teremos um controle baseado em amostras, veremos isso depois em controle digital, ou pode ser um controle de tempo continuo, com amplificadores operacionais, que funcionam ininterruptamente ao longo do tempo, as ferramentas que veremos nessa parte são feitas para controle continuo, mas com as decidas modificações podem ser usadas para controle digital também.

Fonte:

Aulas de COPRO no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 05/2021 até 07/2021

Operações unitárias

 Você nesse ponto se lembra de quando falei de funções de transferência, usadas para representar.q dinâmica de um sistema, o problema é que essas funções são apenas para sistemas SISO, de uma entrada e uma saída, ela só pode expressar a relação entre duas de todas as possíveis variáveis que o seu processo tem.

Mas em um sistema real não será sempre assim, se você aumentar a vazão de uma válvula o nível de um tanque irá subir, certo, mas em outros casos, uma única entrada pode causar várias alterações do sistema.

Pense no caso de uma panela de pressão, você coloca o que quer que seja dentro, fecha e leva ao fogão, então temos um sistema fechado que pode ser modelado pelo que já vimos, mas a panela de pressão é um pouco mais complexa do que isso, porque ela não tem apenas uma saída ser submetida a uma entrada de temperatura, ela tem duas, a temperatura dentro da panela, e a pressão dentro, então em um caso como esse, como poderíamos controlar o processo, se não vimos como controlar ainda sistemas de múltiplas entradas e saídas?

A solução é por dividir o problema complexo, em vários problemas mais simples, operações unitárias são isso, podemos dividir sistemas muito complexos em algumas operações elementares mais comuns: controle de temperatura, de pressão, de velocidade, etc.

Para usar funções de transferência mesmo em sistemas complexos, basta dividirmos a atenção e controlar cada coisa como se a outra não estivesse ocorrendo, você as separa, e depois não se preocupa mais.

Fonte:

Aulas de COPRO no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 05/2021 até 07/2021

 

Controle de Processos - Introdução

 Nas disciplinas de sistemas de controle, temos uma abordagem mais teórica de como controlar uma planta, na disciplina de controle de processos, vemos outras ferramentas de controle, que podem ser implementadas em fábricas ou em pequenos projetos que fazemos para praticar, entre elas formas de reduzir o erro estacionário, e modificar a dinâmica do sistema, sem a necessidade de um projeto mais complexo, então aqui vou apresentar essas ferramentas,

Fonte:

Aulas de COPRO no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 05/2021 até 07/2021

Compensador De Atraso de Fase

 Seguindo o raciocínio de utilizar polos e zeros adicionais, que vimos aqui, para modificar o comportamento do sistema, veja abaixo um exemplo de controlador para reduzir o erro em regime do sistema.

 

Nesse controlador o polo está mais próximo do eixo complexo do que o zero, por isso esse compensador irá puxar o lugar das raízes para a direita, tornando a resposta mais lenta e mais amortecida.

Fonte:

Aulas de SISC1 no Instituto Federal de São Paulo, campûs São Paulo,com o professor Alexandre Brincalepe Campo, no período de 11/2020 até 03/2021