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Automação IndustrialUnidade 2 – Respostas de um Sistema de Controle
Prof. Rodrigo Cardoso [email protected]
Prof. Rafael Concatto [email protected]
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2Prof. Rodrigo Cardozo Fuentes, Me. Eng. | Prof. Rafael Concatto Beltrame, Me. Eng.
1.
Definir e identificar– Resposta ideal (desejada)– Resposta lenta– Resposta com overshoot– Resposta oscilatória (marginalmente estável)– Resposta estável– Resposta instável
Objetivos da Aula
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• Controle manual versus
automático
• Controle analógico versus
digital
• Malha de controle
• Sistema em malha aberta
• Sistema em malha fechada
Revisão
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• Resposta típica
de um sistema de controle (2ª
ordem)
Especificações (Resposta Transitória)
y(t)
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• É o tempo requerido para que a resposta passe de 0 a 100% do valor final tr
= Rise
Time
Especificações (Resposta Transitória)
Tempo de subida (tr
)
y(t)
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• É o tempo requerido para que a curva de resposta alcance valores em torno do valor final tS
= Settling
Time
Especificações (Resposta Transitória)
Tempo de acomodação (ts
)
y(t)
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• É o valor máximo (pico) da curva de resposta do sistema• É medido em percentual
Especificações (Resposta Transitória)
Máximo sobre‐sinal (overshoot) (Mp
)
y(t)
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• É o tempo requerido para que uma variação no sinal de entrada (excitação) seja efetivamente “percebida”
pela
variável de saída (resposta) td
= Delay
Time
Especificações (Resposta Transitória)
Atraso de transporte (td
)
y(t)
Td
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• Sistemas que apresentamatraso de transporte– Sistemas térmicos– Sistemas hidráulicos– Sistemas pneumáticos– Resposta de sensores– Controladores digitais
– Tem grande impacto naestabilidade
de sistemas
operando em malha‐fechada
Especificações (Resposta Transitória)
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• Exemplo: Injeção Eletrônica
Especificações (Resposta Transitória)
Sonda Lâmbda
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• Exemplo: Injeção Eletrônica
Especificações (Resposta Transitória)
Sonda Lâmbda
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Especificações (Resposta Transitória)
Controlador(Eletrônico)
“Set Point”Valor desejado
de O2
“Variável de Saída”O2 no
escapamentoAtuador(Válvula)
Medição(Sonda Lâmbda)
+–
• Exemplo: Injeção Eletrônica
Processo(Combustão)
Possui Atraso de Transporte
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• Consideração Inicial– Sistema opera em Malha Fechada– Controlador é
realimentado com informações do sinal de saída
Respostas de um Sistema de Controle
Controlador“Set Point” “Process Value”
Atuador
Medição
+–Processo
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• O elemento controlador minimiza o erro entre PV e SV a partir de uma ação de controle
• Deseja‐se: resposta rápida e precisa
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta desejada
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• Se o controlador for inadequado ou sua ação de controle for de baixa intensidade, o erro poderá
nunca ser anulado
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta lenta
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• Se a ação de controle for demasiadamente “forte”, teremos overshoot
na variável controlada
• Questão: Quais sistemas toleram e não toleram overshoot?
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta com overshoot
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• O controlador não consegue zerar o erro e este oscila em torno do valor desejado
• Sistema marginalmente estável
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta oscilatória
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• Se o controlador for mal projetado poderá
levar o sistema à instabilidade
• Ou seja, perde‐se o controle sobre a variável de interesse
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta de um sistema instável
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• O controlador deve satisfazer– Estabilidade– Resposta rápida– Pequeno overshoot
Respostas de um Sistema de Controle
Resposta típica de um sistema estável
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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada
Respostas de um Sistema de Controle
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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada– Mudança do SP Sistema em Malha Aberta
Respostas de um Sistema de Controle
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• Exemplo: Controle da tensão de uma fonte chaveada– Mudança do SP Sistema em Malha Fechada
Respostas de um Sistema de Controle
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• Especificações de um sistema de controle– Tempo de subida (tr
)– Tempo de acomodação (ts
)– Máximo sobre‐sinal (overshoot) (Mp
)– Atraso de transporte (td
)
• Respostas de um sistema de controle– Rápida e lenta– Com overshoot– Oscilatória (marginalmente estável)– Instável