Projeto de um Controlador Proporcional

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1 ALUNOS 1 NOTA 2 DATA Projeto de um Controlador Proporcional 1.1 Objetivo Este experimento tem como objetivo a implementação de um controlador proporcional para um dos processos da MPS PA Estação Compacta. Supõe se que o modelo matemático já foi obtido num anterior experimento. 1.2 Introdução Em processos que requerem um controle mais suave que aquele fornecido pelo controlador ON OFF, pode ser empregado o controle proporcional (P). O controle proporcional fornece uma relação linear fixa entre o valor da variável controlada e o valor que o atuador de controle pode fornecer. Para um controlador com ação de controle proporcional, a relação entre o sinal de saída do controlador u(t) e o sinal de erro atuante e(t) é: ou no domínio s: onde K p é denominado ganho proporcional. ut () = Ket () U() s = K E() s p p De modo geral, um controlador é essencialmente um amplificador com ganho ajustável. Na figura 01 podemos visualizar o diagrama de blocos com controlador proporcional. Fig. 01 Diagrama de Blocos para um processo com controle proporcional 1

2 Analisando qualitativamente o controle proporcional, podemos afirmar que quanto maior o valor de K p, temos: Menor constante de tempo do sistema; Resposta do sistema mais rápida; Aumento do overshoot; Menor erro de regime permanente*. *Um controlador proporcional ajuda a diminuir o erro de regime permanente, no entanto, jamais consegue eliminá lo. Ao utilizar um controlador do tipo proporcional é possível especificar, apenas, um parâmetro no projeto. Opta se pelo tempo de subida, overshoot ou tempo de estabilização adequados. Fig. 02 Parâmetros passíveis de configuração no projeto de um controlador proporcional Para poder especificar mais de um parâmetro simultaneamente, deve se utilizar um controlador do tipo PI, PD ou PID, conforme o caso. Mais detalhes serão vistos nos laboratório procedentes. 2

3 1.3 Pré Laboratório Utilizando os modelos matemáticos obtidos na experiência anterior projetar controladores proporcionais para algumas especificações desejadas. O resultado simular utilizando o Matlab/Simulink. Poderiam ser escolhidos como especificações desejadas um valor de tempo de assentamento, ou tempo de pico se for de segunda ordem, etc. 1.4 Trabalho em Laboratório: Tarefa 1: Implementar o aplicativo de controle no simulink para um dos comportamentos desejados conforme a figura 03 Fig. 03 Sistema controlado com controlador proporcional Simulink Tarefa 2: Implementar o aplicativo de controle no Labview para o mesmo comportamento desejado na tarefa anterior conforme a Figura 04 e Figura 05. Para a implementação do controle viu se necessário dar uso a outra metodologia de leitura dos sinais analógicos (nível, vazão, pressão e temperatura), pois a estrutura apresentada no laboratório anterior apresentou certa dificuldade em controlar os sistemas devido à leitura e a escrita dos sinais analógicos não serem efetuadas simultaneamente. 3

4 Fig. 04 Front Panel do Controlador proporcional Labview. Fig. 05 Diagrama de blocos do Sistema com controlador proporcional Labview. 4

5 Primeiramente monta se a estrutura de comunicação da mesma forma efetuada no laboratório anterior: Fig. 06 Conexão com a bancada. Porém agora utiliza se um novo bloco de leitura automática chamado SetAutoSendMode (bloco encontrado dentro do menu Method for EASYPORT.lib), como visto na Figura 07. Fig. 07 Estrutura que efetua a auto leitura do canal analógico selecionado. Em seguida, cria se uma estrutura do tipo Stacked Sequence Structure, na qual será dividida em dois estágios: Primeiro estágio: Onde é setado o bit dois, para habilitar o modo analógico de funcionamento da bomba de água, e também é feito uma pausa no sistema utilizando um bloco de comunicação com o usuário (Programming > Dialog & User > Display Message to User), como pode ser observado na Figura 08. Segundo estágio: Onde é posto a estrutura while que efetuará o envio de sinal analógico (dependente da referência e com controle proporcional) à bomba e também expõem a leitura efetuada em forma de tank ou poderia ser em forma de gráfico, como pode ser observado na Figura 09. 5

6 Fig. 08 Primeiro estágio da Stacked Sequence Structure. Fig. 09 Segundo estágio da Stacked Sequence Structure. 6

7 Como pode ser observado na Figura 9, temos um bloco cujo desenho é um metrômetro que é colocado para gerar uma base de tempo para cada loop da estrutura de while, este bloco é encontrado no menu de Programming>Timing, e o que define a base de tempo é a constante colocada na entrada deste bloco, no caso da Figura 9, tem se uma base de tempo de 100 ms. Também dentro do while pode se observar um bloco chamado GetInputWord que trabalha juntamente com o bloco SetAutoSendMode, o qual é responsável pela leitura do sinal desejado. Na tabela 1 apresentam se os valores constantes que devem ser postos nas variáveis destes dois blocos e também o fator de correção dos sensores que foi fornecido pela Festo : Tabela 1 SetAutoSendMode GetInputWord Variável desejada Fator ModIndex ChannelMask ModIndex WordIndex Nível 0, Vazão 0, Pressão 0, Temperatura Nota se também na Figura 09, uma estrutura de ajuste caso a referência se torne menor do que a leitura, o que resulta em um sinal analógico negativo, quando na verdade o sinal a ser enviado para a bomba de água deveria ser zero, esta estrutura pode ser observada na Figura 10 e Figura 11. 7

8 Fig. 10 Estrutura para evitar de enviar sinal analógico negativo a bomba. Fig. 11 Estrutura para quando o sinal é positivo. Por fim, deve ser feita a desconexão do computador com a bancada utilizando a estrutura mostrada na Figura 12. Fig. 12 Estrutura de fechamento da conexão entre computador e bancada. 8

9 1.5 Atividades Extra Classe: Atividade 1: Apresentar os resultados do sistema controlado com o simulink e comparar com os resultados obtidos no pre laboratório. Comente sobre os resultados. Atividade 2: Apresentar os resultados do sistema controlado com o Labview e comparar com os resultados obtidos no pre laboratório. Comente sobre os resultados. Observações: Desde que a escala de tempo entre o Labview e Simulink serem diferentes, na hora da implementação não deverão ser misturados os modelos matemáticos. Ou seja, se o modelo matemático de um processo foi levantado com o Labview, então a implementação do controlador terá que ser no labview. 9