1 Objetivo. 2.1 Compensador de Avanço e de Atraso de Fase

Documentos relacionados
CAPÍTULO 7 Projeto usando o Lugar Geométrico das Raízes

PNV 3324 FUNDAMENTOS DE CONTROLE EM ENGENHARIA

Sistemas de Controle 2

EES-20: Sistemas de Controle II. 20 Outubro 2017 (Tarde)

Projeto Através do Lugar das Raízes. Carlos Alexandre Mello. Carlos Alexandre Mello 1

AULA 8 COMPENSAÇÃO POR ATRASO DE FASE. Universidade Federal do ABC UFABC ESTA003-17: SISTEMAS DE CONTROLE I PROF. DR. ALFREDO DEL SOLE LORDELO

SISTEMAS REALIMENTADOS

Melhoramos a resposta temporal associando um compensador de avanço de fase que contribui com

Erro em regime permanente em sistema de controle com

Aula 12. Cristiano Quevedo Andrea 1. Curitiba, Outubro de DAELT - Departamento Acadêmico de Eletrotécnica

Objetivos de Controle

CAPÍTULO Compensação via Compensador de Avanço de Fase

Lista de Exercícios 2

Sistemas de Controle 2

Projeto de Compensadores/Controladores pelo Diagrama de Lugar das Raízes

Teoria dos Sistemas LEEC 2002/2003 Utilização do Matlab

Erro de Estado Estacionário

Erro de Estado Estacionário

Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia. Aluno (a):

Projeto através de resposta em frequência

Sintonia do compensador PID

Fundamentos de Controlo

EES-49/2012 Prova 2. Individual Duração: 100 minutos. Consulta permitida a uma página A4 com anotações pessoais e fórmulas.

1. Sinais de teste. 2. Sistemas de primeira ordem. 3. Sistemas de segunda ordem. Especificações para a resposta

Sumário. CAPÍTULO 1 Introdução 1. CAPÍTULO 2 Terminologia dos Sistemas de Controle 14

LABORATÓRIO DE SISTEMAS DE CONTROLE II 4 PROJETO DE CONTROLADORES E DE OBSERVADORES NO ESPAÇO DE ESTADOS. 4.1 Colocação do Problema

1 O que pode ser dito sobre um compensador com função de transferência G C (s) = s + 2

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica ENG04037 Sistemas de Controle Digitais

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA Prof. Paulo Roberto Brero de Campos

Compensadores: projeto no domínio da

6 Controlador de Estado

Projeto de Sistemas de Controle Realimentados

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica ENG04037 Sistemas de Controle Digitais

CONTROLO. 3º ano 1º semestre Transparências de apoio às aulas teóricas. Capítulo Projecto Nyquist/Bode

Sistemas de Controle 2

Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia. Aluno (a): Aula Laboratório 14 Cap 13 Sistema de Controle Digital

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Júlio de Mesquita Filho Campus Experimental de Sorocaba

CONTROLO MEEC. 1º semestre 2016/2017. Transparências de apoio às aulas teóricas. Capítulo 12 Projecto Nyquist/Bode. Isabel Ribeiro António Pascoal

Projeto de controladores

Estabilidade de Sistemas Lineares Realimentados

SCS Sistemas de Controle / Servomecanismos. Aula 04 Diagrama do lugar geométrico das raízes

Sintonia de Controladores PID

Erros de Estado Estacionário. Carlos Alexandre Mello. Carlos Alexandre Mello 1

Método do Lugar das Raízes

Roteiro de Laboratório - Experiência 2 Controle de Sistemas e Servomecanismos II

V. ANÁLISE NO DOMÍNIO DO TEMPO

Controle de Sistemas. Desempenho de Sistemas de Controle. Renato Dourado Maia. Universidade Estadual de Montes Claros. Engenharia de Sistemas

PMR3404 Controle I Aula 3

Controlador PID discreto

Projeto de Compensadores no Domínio da Frequência

Teoria do Controlo. Síntese de controladores. Controladores PID MIEEC

VI. MÉTODO DO LUGAR GEOMÉTRICO DAS RAÍZES

CAPÍTULO 6 Métodos expeditos de projeto

Fundamentos de Controlo

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO CONTROLO. As questões assinaladas com * serão abordadas na correspondente aula de apoio.

Pólos, Zeros e Estabilidade

Controle de Processos Aula: Sistemas de 1ª e 2ª ordem

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA: CONTROLADOR AVANÇO E ATRASO DE FASE (LEAD-LAG) OGATA

Projeto por Intermédio do Lugar das Raízes

Faculdade de Engenharia da UERJ - Departamento de Engenharia Elétrica Controle & Servomecanismo I - Prof.: Paulo Almeida Exercícios Sugeridos

Projeto pelo Lugar das Raízes

Sistemas de Controle 2

Estabilidade no Domínio da Freqüência

EES-49/2012 Prova 1. Q1 Dado o seguinte conjunto de equações:

Resposta no Tempo. Carlos Alexandre Mello. Carlos Alexandre Mello 1

ERRO EM REGIME PERMANENTE

Questões para Revisão Controle

2.1 - Análise de Sistemas Realimentado pelo Lugar das Raízes- G 4 (s) = G 2 5 (s) = (s+5) G 6 (s) =

1. Estudo do pêndulo

I Controle Contínuo 1

EES-20: Sistemas de Controle II. 20 Outubro 2017 (Manhã)

Projeto a Tempo Discreto

SC1 Sistemas de Controle 1. Cap. 3 Erros no Regime Estacionário Prof. Tiago S Vítor

Sistemas e Sinais (LEE & LETI)

EES-49/2012 Correção do Exame. QBM1 Esboce o diagrama de Nyquist para a seguinte função de transferência:

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ENG3502 SISTEMAS DE CONTROLE II

COMPENSAÇÃO CP s(s+2)(s+8) CP1- Dada a FT em malha aberta G(s) = de um sistema com realimentação

Controle de Processos Aula: Função de transferência, diagrama de blocos, polos e zeros

Capítulo 9. Projeto por Intermédio do Lugar das Raízes (Continuação)

Controle de Processos Aula: Estabilidade e Critério de Routh

Exercício. Alexandre Bernardino IST-Secção de Sistemas e Controlo

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica ENG04037 Sistemas de Controle Digitais

RESOLUÇÃO 3 a PROVA CONTROLE DINÂMICO - 2 /2015

Exercício. Alexandre Bernardino IST-Secção de Sistemas e Controlo

Aspectos Operacionais

SISTEMAS DE CONTROLE I Capítulo 6 - Estabilidade. Prof. M.e Jáder de Alencar Vasconcelos

Métodos de Resposta em Frequência Parte 2. Controle de Sistemas Renato Dourado Maia (Unimontes)

Conteúdo. Definições básicas;

Controle de Processos Aula: Ações de Controle

Sistemas e Sinais. Universidade Federal do Rio Grande do Sul Departamento de Engenharia Elétrica. Sistemas de Controle Realimentados

UNIVERSIDADE GAMA FILHO PROCET DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA. Disciplina de Controle II Prof. MC. Leonardo Gonsioroski da Silva

Sistemas de Controle 1

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AERONÁUTICA DIVISÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA-AERONÁUTICA. MPS 43 Sistemas e Controle

Aula 7: Sintonia de controladores PID

Sistemas e Sinais (LEE & LETI)

Capítulo 2 Dinâmica de Sistemas Lineares

Transcrição:

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EEL 7063 SISTEMAS DE CONTROLE - LABORATÓRIO AULA NÚMERO ONZE PROJETO DE CONTROLADORES EM CASCATA USANDO LUGAR GEOMÉTRICO DAS RAÍZES Objetivo Nesta aula será apresentado um segundo método de projeto de controladores, em cascata com o processo a ser controlado, que permite atender as especificações relativas a transitório e a erro em regime. 2 Descrição do método Seja o sistema realimentado r + e u y G c (s) G(s) onde G(s) e G c (s) são as respectivas funções de transferência do processo a ser controlado e do controlador. O controlador G c (s) deve ser calculado de tal forma que a função de transferência do sistema realimentado M(s) = G c(s)g(s) + G c (s)g(s) seja aproximado a um sistema de primeira ordem ( pólo dominante real) ou por um sistema de segunda ordem ( par de pólos dominantes reais e iguais ou complexo conjugados ) sem zeros. O processo de cálculo é feito em duas etapas. Primeiramente é introduzido um compensador de avanço de fase para atender as especificações de transitório de tal forma a se ter um pólo dominante (aproximação a um sistema de primeira ordem), ou um par de pólos dominantes (aproximação a um sistema de segunda ordem); Em seguida, é, se necessário, calculado um compensador de atraso de fase para ajuste de ganho (K s, K v ou K a ) a fim de atender as especificações de erro em regime. 2. Compensador de Avanço e de Atraso de Fase Vimos anteriormente que a introdução de zeros adequadamente posicionados favorece a estabilidade e que a introdução de pólos pode promover instabilidade.

2.. Compensador de avanço de fase Para se introduzir um zero próximo aos pólos dominantes, usa-se um compensador de avanço de fase em cascata com o processo do tipo: + T s + αt s onde α é um coeficiente menor do que. O parâmetro T é calculado de tal forma a se posicionar o zero na posição desejada.. Como α ajustado adequadamente ( menor do que ), pode-se fazer com que o pólo introduzido ficará afastado dos pólos dominantes ou próximo a um zero. 2..2 Compensador de atraso de fase Para se corrigir o ganho e assim controlar o erro estático usa-se um compensador em cascata com o processo do tipo atraso de fase: + T s + αt s onde α é um coeficiente maior do que. O parâmetro T é calculado de tal forma a se posicionar o zero próximo a zero. Como α é maior do que, o pólo introduzido ficará também próximo de zero. 2.2 Ajuste do transitório 2.2. Aproximação a um sistema de primeira ordem. Ajuste de transitório Pelas tabelas abaixo, determinar a região de posicionamento da parte real R do pólo dominante em malha fechada, que satisfaça as condições de transitório especificadas : Sobredepassamento R Sem R < 0 Tempo de resposta R t r5% t r 5% R 3 t r 5% t r2% t r 2% R 3.9 t r 2% Com o LGR, verificar se existe um ganho K c tal que o sistema em malha fechada tenha um pólo dominante posicionado na região desejada. Se existir tal ganho o ajuste de transitório está completo; Se não existir, determinar adequadamente um compensador de avanço de fase G c (s)e introduzir em cascata no sistema. É prática comum selecionar um valor para α (valor típico é 0.), e escolher um valor para T de tal forma que: 2

em sistemas Tipo e Tipo 2, seu valor seja igual ou menor ao valor da maior constante de tempo de G(s); em sistemas Tipo 0, seu valor seja igual ou menor ao valor da segunda maior constante de tempo de G(s); Com o LGR, verificar se existe um K c de tal maneira que o sistema em malha fechada tenha um pólo dominante posicionado em R. Se existir, o ajuste de transitório está completo. Se tal ganho não existir, voltar ao passo anterior; Ajuste de ganho Completada a etapa de ajuste de transitório, é necessário, agora, atender a especificação de erro estático através de um compensador de atraso de fase. O método de projeto de tal compensador está apresentados abaixo. 2.2.2 Aproximação a um sistema de segunda ordem. Ajuste de transitório Pelas tabelas abaixo, determinar a região de posicionamento da parte real R e da parte imaginária I dos pólos dominantes em malha fechada, que satisfaçam as condições de transitório especificadas : Sobressinal Tempo de Resposta R I Sem Sobressinal R < 0 I = 0 Sem Sobressinal t r5% t R 4.74 I = 0 r5% t r5% Sem Sobressinal t r2% t R 5.83 I = 0 r2% ( t r2% ) R π ln(c p% /00) I I > 0 Com Sobressinal t r5% t R 3 I > 0 r5% t r5% Com Sobressinal t r2% t R 4 I > 0 r2% t r2% Com Sobressinal t p t R < 0 I π p t p t r5% t r5% t r2% t r2% t p t p R 3 t r5% R 4 t r2% ( ) R π ln(c p% /00) I ( ) π I ln(c p% /00) R ( ) π I ln(c p% /00) R I π t p Com o LGR, verificar se existe um ganho K c tal que o sistema em malha fechada tenha pólos dominantes R + ji e R ji, com R e I na região desejada. Se existir tal ganho, o ajuste de transitório está completo; 3

Se não existir, determinar adequadamente um compensador de avanço de fase G c (s)e introduzir em cascata no sistema. É prática comum selecionar um valor para α ( valor típico é 0.), e escolher um valor para T de tal forma que: i em sistemas Tipo e Tipo 2, seu valor seja igual ou menor ao valor da maior constante de tempo de G(s); ii em sistemas Tipo 0, seu valor seja igual ou menor ao valor da segunda maior constante de tempo de G(s); Com o LGR, verificar se existe um K c de tal maneira que o sistema em malha fechada tenha pólos dominantes posicionados em R + ji e R jir ji, com R e Isatisfazendo as condições de projeto. Se existir, o ajuste de transitório está completo. Se tal ganho não existir, voltar ao passo anterior; Ajuste de ganho Completada a etapa de ajuste de transitório, é necessário, agora, atender a especificação de erro estático através de um compensador de atraso de fase. O método de projeto de tal compensador está apresentados abaixo. 2.2.3 Influência de zeros Nas aproximações de primeira e segunda ordem descritas não se levou em consideração a presença de zeros. Zeros próximos do eixo imaginário produzem sobressinal mesmo que os pólos sejam todos reais. Um pólo suficientemente próximo de um zero anula sua influência. Quando se tem um par constituído de um pólo com um zero, onde o pólo não está suficientemente próximo do zero, nas vizinhanças dos pólos dominantes, o zero pode influenciar a resposta temporal com um sobressinal. Em virtude deste fato podemos estabelecer a seguinte regra: pode aparecer sobressinal na resposta temporal se o LGR apresenta um par constituído de um pólo com parte real negativa e de um zero com parte real negativa nas vizinhanças dos pólos dominantes, quando o pólo não está suficientemente próximo do zero. Este efeito aparece mesmo que todos os pólos sejam reais; quanto mais afastado do eixo imaginário estiver o par pólo-zero, menor é o sobressinal na resposta temporal. 2.3 Ajuste do erro estático Se com o ganho obtido na etapa de ajuste de transitório for igual ou superior ao ganho especificado (K s, K v ou K a, conforme o caso) para atender aos requisitos de erro estático, o projeto está terminado. Se for inferior, devemos introduzir um ganho K n (ganho necessário) para atendimento de tais requisitos. O ganho necessário é calculado por: para ajuste do ganho estático para ajuste do ganho de velocidade K n = K s K t ; K n = K v K t ; 4

para ajuste do ganho de aceleração K n = K a K t. O ganho K t é o ganho total (ganho do controlador vezes ganho do processo) obtido na etapa de ajuste do transitório. O compensador por atraso de fase é calculado como segue: cálculo de T : + T s + αt s T = β R, onde R é a parte real do pólo ou pólos dominantes e β 0; cálculo de α: sistemas tipo e 2 : o parâmetroα K n ; sistemas tipo 0 : existe um valor máximo para α α max = δ ( δ)k t, onde > δ 0.9; Se K n α max, escolher α = K n. Se K n > α max, escolher α = α max, e, se necessário, um novo compensador de atraso deve ser adicionado. Como este compensador coloca um zero (próximo de um pólo) no sistema em malha aberta há a tendência de ser produzido um sobredepassamento, apesar de existir um pólo próximo, que deveria anular o efeito do zero. EXPERIMENTO : Seja G(s) = ( + 0.s)( + 0s) ; Simular esta função de transferência em malha aberta com um degrau unitário, e medir o t r5% ; Calcular um controlador, usando o LGR (aproximação a um sistema de primeira ordem), de tal forma que o sistema realimentado: i tenha t r5% 6; ii tenha erro ao degrau unitário menor que 0.; Observe que neste caso não deve haver sobressinal; 5

Implementar o controlador. Simular em malha fechada com uma referência do tipo degrau unitário. Medir o t r5% e o erro estático; Um possível controlador que atende as condições especificadas é : G c (s) = 9. EXPERIMENTO 2: Seja G(s) = ( + 4s)( + 0s) ; Simular esta função de transferência em malha aberta com um degrau unitário, e medir o t r5% ; Calcular um controlador, usando o LGR (aproximação a um sistema de primeira ordem), de tal forma que o sistema realimentado: i tenha t r5% 6; ii tenha erro ao degrau unitário menor que 0.; Observe que neste caso não deve haver sobressinal; Implementar o controlador. Simular em malha fechada com uma referência do tipo degrau unitário. Medir o t r5% e o erro estático; Um possível controlador que atende as condições especificadas é : ( + 4s). G c (s) = 9 ( + 0.2s). EXPERIMENTO 3: Seja G(s) = 2 s( + 5s)( + 0.s) ; Usando o Scilab, simular esta função de transferência em malha aberta com um degrau unitário; Calcular um controlador, usando o LGR (aproximação a um sistema de segunda ordem), de tal forma que o sistema realimentado: i tenha t p ; ii tenha sobredepassamento menor que 5%; 6

iii tenha K v 6; Implementar o controlador no SAPIC. Simular em malha fechada com uma referência do tipo degrau unitário. Verificar as condições especificadas em projeto; Um possível controlador que atende as condições especificadas é : ( + 5s)( + 0s) G c (s) = 3 ( + 0.05s)( + 20s). 7