Controladores PID - Efeitos e sintonia

Transcrição

1 - Efeitos e sintonia Guilherme Luiz Moritz 1 1 DAELT - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 03 de 2013

2 Guilherme Luiz Moritz Avaliação UTFPR - Engenharia industrial elétrica - ênfase em eletrônica/telecomunicações ( ) Gerdau Aços Especiais Piratini (2007) - Manutenção industrial esystech Indústria e Comércio ( ) - Projeto de sistemas embarcados Mestrado em Telemática ( ) - Códigos corretores de erro

3 Guilherme Luiz Moritz Avaliação UTFPR - Engenharia industrial elétrica - ênfase em eletrônica/telecomunicações ( ) Gerdau Aços Especiais Piratini (2007) - Manutenção industrial esystech Indústria e Comércio ( ) - Projeto de sistemas embarcados Mestrado em Telemática ( ) - Códigos corretores de erro

4 Guilherme Luiz Moritz Avaliação UTFPR - Engenharia industrial elétrica - ênfase em eletrônica/telecomunicações ( ) Gerdau Aços Especiais Piratini (2007) - Manutenção industrial esystech Indústria e Comércio ( ) - Projeto de sistemas embarcados Mestrado em Telemática ( ) - Códigos corretores de erro

5 Guilherme Luiz Moritz Avaliação UTFPR - Engenharia industrial elétrica - ênfase em eletrônica/telecomunicações ( ) Gerdau Aços Especiais Piratini (2007) - Manutenção industrial esystech Indústria e Comércio ( ) - Projeto de sistemas embarcados Mestrado em Telemática ( ) - Códigos corretores de erro

6 Guilherme Luiz Moritz Avaliação UTFPR - Engenharia industrial elétrica - ênfase em eletrônica/telecomunicações ( ) Gerdau Aços Especiais Piratini (2007) - Manutenção industrial esystech Indústria e Comércio ( ) - Projeto de sistemas embarcados Mestrado em Telemática ( ) - Códigos corretores de erro

7 Permanência Avaliação 4 as e 5 as a tarde Agendar com antecedência guilherme@eletrica.eng.br

8 Permanência Avaliação 4 as e 5 as a tarde Agendar com antecedência guilherme@eletrica.eng.br

9 Permanência Avaliação 4 as e 5 as a tarde Agendar com antecedência guilherme@eletrica.eng.br

10 Avaliação Avaliação Continuará com os mesmos critérios estabelecidos pelo Professor Quevedo 80% Duas provas escritas (P1 e P2), eventualmente uma prova substitutiva com todo o conteúdo (P3) 20% Nota do laboratório + Projeto Fim do semestre: segunda chamada com todo o conteúdo para alunos com justificativas.

11 Avaliação Avaliação Continuará com os mesmos critérios estabelecidos pelo Professor Quevedo 80% Duas provas escritas (P1 e P2), eventualmente uma prova substitutiva com todo o conteúdo (P3) 20% Nota do laboratório + Projeto Fim do semestre: segunda chamada com todo o conteúdo para alunos com justificativas.

12 Avaliação Avaliação Continuará com os mesmos critérios estabelecidos pelo Professor Quevedo 80% Duas provas escritas (P1 e P2), eventualmente uma prova substitutiva com todo o conteúdo (P3) 20% Nota do laboratório + Projeto Fim do semestre: segunda chamada com todo o conteúdo para alunos com justificativas.

13 Avaliação Avaliação Continuará com os mesmos critérios estabelecidos pelo Professor Quevedo 80% Duas provas escritas (P1 e P2), eventualmente uma prova substitutiva com todo o conteúdo (P3) 20% Nota do laboratório + Projeto Fim do semestre: segunda chamada com todo o conteúdo para alunos com justificativas.

14 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)

15 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)

16 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)

17 Introdução Controlador automático amplamente utilizado nas indústrias Composto de 3 termos que podem ser suprimidos (proporcional, integral e diferencial) Pode ser ajustado durante a operação Pode controlar malhas com modelo desconhecido Alternativas...

18 Introdução Controlador automático amplamente utilizado nas indústrias Composto de 3 termos que podem ser suprimidos (proporcional, integral e diferencial) Pode ser ajustado durante a operação Pode controlar malhas com modelo desconhecido Alternativas...

19 Introdução Controlador automático amplamente utilizado nas indústrias Composto de 3 termos que podem ser suprimidos (proporcional, integral e diferencial) Pode ser ajustado durante a operação Pode controlar malhas com modelo desconhecido Alternativas...

20 Introdução Controlador automático amplamente utilizado nas indústrias Composto de 3 termos que podem ser suprimidos (proporcional, integral e diferencial) Pode ser ajustado durante a operação Pode controlar malhas com modelo desconhecido Alternativas...

21 Introdução Controlador automático amplamente utilizado nas indústrias Composto de 3 termos que podem ser suprimidos (proporcional, integral e diferencial) Pode ser ajustado durante a operação Pode controlar malhas com modelo desconhecido Alternativas...

22 Introdução Figura: Controlador Universal de Processos N1200 fonte:

23 Como instalar um PID R(S) + - e(t) PID u(t) Planta Y(S) Figura: Controlador PID Onde: R(S) = Ponto de referência do sistema e(t) = Sinal de erro u(t) = Lei de controle do sistema Y (t) = Saída do sistema

24 Como instalar um PID R(S) + - e(t) PID u(t) Planta Y(S) Figura: Controlador PID Onde: R(S) = Ponto de referência do sistema e(t) = Sinal de erro u(t) = Lei de controle do sistema Y (t) = Saída do sistema

25 Equações e diagramas do PID u(t) = K p e(t) + K p T i t u(t) = K p e(t) + 1 T i t 0 0 e(t)dt + K p T d e(t) t e(t)dt + T d e(t) t (1) (2)

26 Equações e diagramas do PID u(t) = K p e(t) + K p T i t u(t) = K p e(t) + 1 T i t 0 0 e(t)dt + K p T d e(t) t e(t)dt + T d e(t) t (1) (2)

27 Equações e diagramas do PID E(S) Kp ( TdS) TiS U(S) Figura: Diagrama para o PID em série Kp E(S) 1 TiS U(S) TdS

28 Termo Proporcional Reage ao erro corrente Acelera a resposta Reduz o erro, mas nunca o elimina!

29 Termo Proporcional

30 Termo Integrativo Reage ao erro passado Isoladamente, torna o sistema lento e oscilatório Elimina o erro!

31 Termo Integrativo

32 Termo Derivativo Antecipa o erro futuro Aumenta o amortecimento Melhora a resposta transitória/estabilidade Diminui o overshoot

33 Termo Derivativo

34 Sumário Resposta T s P.O. T e Erro K p Diminui Aumenta - Diminui K i Aumenta Diminui Aumenta Elimina K d - Diminui Diminui - Observa-se que um parâmetro afeta o outro!

35 Obtendo o melhor dos 3 mundos

36 Obtendo o melhor dos 3 mundos

37 Obtendo o melhor dos 3 mundos Como determinar os parâmetros de ganho?

38 Como sintonizar os parâmetros do PID? Tentativa e erro? Ziegler e Nichols regras baseadas na resposta experimental a uma excitação degrau

39 Ziegler-Nichols Considere a seguinte planta: G(S) = H exp Ls TS + 1 onde, H = ganho da planta em regime L = atraso de transporte T = constante de tempo da planta O método não se aplica a: Sistemas com integradores Sistemas com pólos dominantes conjudados complexos (oscilatórios) (3)

40 Ziegler-Nichols

41 Ziegler-Nichols Controlador K p T i T d T P L 0 PI 0, 9 T L L 0,3 0 PID 1, 2 T L 2L 0, 5L Estes parâmetros são calculados para overshoot máximo de 25%

42 Obtendo o melhor dos 3 mundos Nome dos parâmetros: K p Ganho proporcional T i Tempo integral T d Tempo derivativo

43 Relé alimentado Um dos primeiros métodos utilizado por CLPs comerciais Base do controle de auto-sintonia

44 Relé alimentado

45 Relé alimentado Substituir o PID por um relé alimentado com amplitude d (controle ON/OFF) Observar a resposta obtida a fim de determinar a amplitude a e o período P P u = P e K u = 4d πa

46 Relé alimentado

47 Relé alimentado Especificação K c τ i τ d P Original 0.6K u P u u 2 8 P Pouco overshoot 0.33K u P u u 2 3 P Sem overshoot 0.2K u P u u 2 3

48 Relé alimentado Pode ser realizado sem intervenção Método em malha fechada, pode ser realizado próximo do setpoint Pode ser cancelado a qualquer momento P u = P e K u = 4d πa

49 Outros métodos de sintonia Fuzzy Adaptativo Neural

50 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)

51 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)

52 Objetivos Compreender o que é um PID Entender os efeitos de cada um dos termos do PID na resposta do sistema Aprender a ajustar os parâmetros do PID para atingir uma resposta especificada (sintonia)