Funcionamento dos controladores para automação

1. Mestrado em Engenharia da Computação
Ações de Controle Básica e
Controladores Automáticos
Industriais
Cleber Schroeder Fonseca

2. Ações de Controle Básicas

3. • Controladores de duas posições
• Controladores proporcionais
• Controladores do tipo integral
• Controladores do tipo proporcional e integral
• Controladores do tipo proporcional e derivativo
• Controladores do tipo proporcional, integral e
derivativo

4. Controladores de duas
posições

5. • Em um sistema de controle de duas posições, o
elemento atuante possui apenas duas posições fixas.
• É um sistema relativamente simples e barato, por isso
muito utilizado.

6. u(t) = U1, para e(t) > 0
u(t) = U2, para e(t) < 0

8. Controladores proporcionais

9. Neste tipo de controle a relação entre o sinal de saída é:
u(t) = Kp.e(t)

10. Controladores integrais

11. Neste controle o valor do sinal de saída é variado
segundo um sinal de erro atuante.
du(t)
dt
= Kie(t)

12. Controladores do tipo
proporcional e integral

13. Neste controle o valor do sinal de saída é variado
segundo um sinal de erro atuante.
u(t) = Kpe(t)+
Kp
Ti
e(t)dt
t
ò
0
U(s)
E(s)
= Kp (1+
1
Tis
)

14. Controladores do tipo
proporcional e derivativo

15. Neste controle o valor do sinal de saída é variado
segundo um sinal de erro atuante.
u(t) = Kpe(t)+KpTd
de(t)
dt
U(s)
E(s)
= Kp (1+Tds)

16. Controladores do tipo
proporcional, integral e
derivativo

17. Este controle é combinação dos três controles com as
principais vantagens de cada um deles.
u(t) = Kpe(t)+
Kp
Ti
t
ò e(t)dt
+KTpd
o
de(t)
dt
U(s)
E(s)
= Kp (1+
1
Tis
+Tds)

19. Efeito do sensor no desempenho do sistema
• O sensor representa um papel importante na
determinação do desempenho global do sistema de
controle.
• O sensor normalmente determina a função de
transferência no ramo de retroação.

20. Efeito das ações de controle
Integral e Derivativa

21. Ação do controle integral
No controle proporcional de um processo, o sinal de
controle, em qualquer instante é igual á área sob a curva
do sinal de erro atuante até aquele instante.
A ação de controle integral, embora remova o erro
residual ou erro em regime estacionário, pode resultar
em uma resposta oscilatória com amplitude lentamente
decrescente ou mesmo com amplitude crescente, ambas
usualmente indesejáveis.

22. Ação de controle derivativa
Quando adicionada a um controlador proporcional,
propicia um meio de obter um controlador com alta
sensibilidade.
Antecipa o erro atuante e inicia uma ação corretiva mais
cedo, tendendo a aumentar a estabilidade do sistema.

23. Controladores Pneumáticos e
Hidráulicos

24. • A forma mais versátil de transmitir sinais são os
fluidos.
• São amplamente usados na indústria.
• Pneumáticos descrevem sistemas que utilizam o ar
ou gases.
• Hidráulicos descrevem sistemas que utilizam líquidos
como óleo.

25. Comparação entre sistemas pneumáticos e
hidráulicos
1. O ar e os gases são compreensíveis, enquanto o óleo é
incompreensível.
2. O ar é desprovido de propriedades lubrificantes e sempre
contém vapor d`água. O óleo funciona como fluido hidráulico e
também como lubrificante.
3. A pressão de operação normal de sistemas pneumáticos é
muitíssimo mais baixa do que a dos sistemas hidráulicos
4. As potencias de saída dos sistemas pneumáticos são
consideravelmente menores do que a dos sistemas hidráulicos
5. A precisão dos atuadores pneumáticos é deficiente nas baixas
velocidades, enquanto a precisão dos atuadores hidráulicos
pode ser satisfatória em todas as velocidades.

26. 6. Em sistemas pneumáticos, a fuga externa é permissível até
certo ponto, mas a fuga interna deve ser evitada porque a
diferença de pressão efetiva é um tanto pequena. Nos sistemas
hidráulicos, a fuga interna é permissível até certo ponto, mas a
fuga externa deve ser evitada
7. Não são requeridas tubulações de retorno em sistemas
pneumáticos que utilizam ar, mas elas são sempre necessárias
em sistemas hidráulicos
8. A temperatura de operação normal em sistemas pneumáticos é
de 5º a 60ºC, no entanto pode ser operado na faixa de 0º a
200ºC. Os sistemas hidráulicos são muito suscetíveis a
temperatura devido ao atrito do fluído, a operação normal se
dá de 20º a 70ºC
9. Sistemas pneumáticos são a prova de fogo e de explosão,
enquanto os sistemas hidráulicos não o são

27. Controladores eletrônicos

28. Amplificadores operacionais
São frequentemente utilizados para amplificar sinais em circuitos
sensores e em filtros com propósitos de compensação.
e0 = K(e2 -e1) = -K(e1 -e2 )

29. Amplificador Inversor
É um amplificador operacional que inverte o sinal de saída

30. e0 = -
R2
R1
e1
i1 =
ei - e'
R1
i2 =
e'- e0
R2
Por definição
Uma vez que apenas uma corrente desprezível flui para o
amplificador, a corrente i1 deve ser aproximadamente igual à
corrente i2
ei - e'
R1
=
e'- e0
R2
Como K(0-e’)=e0 e K >> 1, o valor de e’ deve ser ≅ 0
ei
R1
=
-e0
R2
Ou

31. Amplificador não-inversor

32. e0 = K(ei -
R1
R1 + R2
e0 )
Onde K é o ganho diferencia do amplificador
ei = (
R1
R1 + R2
+
1
K
)e0
Como K >> 1, se R1/R1+R2 >> 1/K
e0 = (1+
R2
R1
)ei

33. Muito Obrigado a todos!