AT: Esquemas especiais de controle Conteúdo • Controle antecipatório. • Controle em cascata. • Controle de relação.

O controle com retroação tem Ate aqui temos visto como solução para o controle, o controle com retroação (feedback) em malha fechada simples.   O controle com retroação tem Vantagens: Muito simples. Compensa o efeito sobre a variável controlada de todas as perturbações.   A desvantagem Que pode compensar uma perturbação só depois que a variável controlada se ha afeitado. A perturbação (e seu efeito) tem que se propagar por toda a malha antes que o controlador poda tomar alguma decisão.

Tem processos nos quais deve se atender este problema do efeito das perturbações sobre a variável controlada e sua correção de maneira prioritária, Porque É muito importante que se mantenha a variável controlada nos valores muito pertos ao valor desejado (set point) pela afetação que pode produzir em outros sub-processos e na qualidade do produto final.  Existem perturbações que atuam muito freqüentemente ou de forma muito forte Em estes casos podem se utilizar outros esquemas de controle, como são Controle antecipatório (feedforward). Controle em cascata

Vemos no seguinte exemplo Um reator químico tanque-camiseta no que é preciso controlar a temperatura do produto. Vemos no seguinte exemplo CT produto camiseta F1, 1 F1, 2 Fa, 3 Fa, 4 agua de esfriamento O diagrama de blocos na malha convencional de controle é: r 3 4 1 2 Fa F1 _ + Gc Gv G1 G2 Hm camiseta vaso

Como se observa no diagrama de blocos existem 3 perturbações 3 4 1 2 Fa F1 _ + Gc Gv G1 G2 Hm camiseta vaso Como se observa no diagrama de blocos existem 3 perturbações que tem afetações na variável controlada: a temperatura de entrada da água de esfriamento (3), a temperatura de entrada do produto (1) o caudal de entrada do produto ao reator (F1).  Se suponha que a temperatura da água de esfriamento (3) varia freqüentemente.. Para que o sistema de controle efetue uma correção, a ação de essa temperatura tem que se propagar até (2), logo se medir e ao final atuar sobre a válvula de controle

Controle Antecipatório (feedforward). Uma maneira de melhorar esta situação é com o chamado Controle Antecipatório (feedforward).   No Controle Antecipatório se mede a perturbação e se alimenta para diante até atuar diretamente sobre a válvula. Objetivo: que a saída do sistema (variável controlada) não seja afectada pela perturbação dada.

Substituindo (3) em (2) e logo (2) em (1) ficará

A saída variará porque varie a entrada de referência e porque varie a entrada perturbadora Para que C(s) não seja afeitada por L(s), (Condição de imperturbabilidade) Controlador Antecipatório

Considerações práticas: A perturbação L(s) tem que se poder medir. Geralmente GL, GV, etc., se conhecem só aproximadamente, o se utilizam modelos para representá-los criados a partir de considerações que são aproximações da realidade. A GCA obtida pode não ser realizável exatamente e si tem vários zeros, isto faz com que o sistema resulte mais sensível ao ruído .   Conclusão: Geralmente, na prática, a condição de imperturbabilidade não se alcança totalmente.

Controle em Cascada com o qual se melhora Controle em Cascata: Quando O processo pode se descompor em dois sub-processos nos que existe uma variável intermédia que é afetada também pela perturbação principal É esse efeito acontece antes do efeito da perturbação sobre a variável controlada se pode estabelecer um esquema   Controle em Cascada com o qual se melhora apreciavelmente a qualidade do controle.

Utilizando como exemplo o reator com controle de temperatura temos: CT produto camiseta F1, 1 F1, 2 Fa, 3 Fa, 4 agua de esfriamento Observe que neste sistema há dois elementos que armazenam calor que podem ser considerados dois sub processos e de fato o são. pode afetar a esta O líquido dentro do tanque A temperatura é θ2 a Jaqueta A temperatura é θ4 Uma mudança nesta

O controle em cascata do reator químico com controle de temperatura fica: Controlador do laço externo Controlador do laço interno Controlador do laço interno Controlador do laço externo

Quando a perturbação na malha interna começa a atuar, Controle em Cascata: Quando a perturbação na malha interna começa a atuar, seu efeito se refletirá na variável intermédia do processo e através desta malha com o controlador secundário, corrigira o efeito antes que sua ação sobre a variável controlada seja apreciável.

Considerações práticas: Tem que existir una variável intermédia do processo que poda se medir. A malha interna deverá ter um bom comportamento como servomecanismo, pois será constantemente afetado em sua referencia. O melhor efeito sobre as perturbações se obtém quando a perturbação mais freqüente e mais forte está na malha interna de controle. Acostuma-se a usar ação P no laço interno com alta ganho para que a resposta seja rápida e controle PI no laço externo para garantir zero erro em estado estacionário

Controle de relação: Em muitos processos tecnológicos, é necessário manter uma relação constante entre duas variáveis do mesmo, geralmente entre dois fluxos. Normalmente se medem ambos fluxos, mas é só um é controlado.  Utilizam-se dois esquemas básicos de controle de relação.  

Primeiro esquema básico Neste esquema ambos fluxos são medidos e se calcula sua relação. Esta relação é comparada com uma relação de referencia e a diferencia entre ambas é o sinal que se aplica ao controlador, o qual atua sobre a válvula que regula o fluxo B.

Segundo esquema básico Neste esquema a medição do fluxo A se multiplica pela relação desejada, se obtendo o valor adequado de B como set point para comparar com a medição de B A diferencia entre ambas se aplica ao controlador, o qual regula o fluxo B.

Algumas aplicações do Controle de Relação: Para manter uma relação constante entre o fluxo de alimentação e o vapor no aquecedor de uma torre de destilação Para manter constante a relação de refluxo em uma coluna de destilação Para controlar a relação entre os valores dos reativos que entram a um reator químico Para manter constante a relação ar – combustível ao queimador de uma caldeira . Para manter a relação entre os valores de una mistura. etc

EXEMPLOS

Tem-se o seguinte sistema: Encontre o controlador anticipatorio Ga que garantirá que a perturbação afete o menos possível à saída GA é um controlador PD

A seguir se mostra um esquema em cascata para um sistema de controle Deseja-se sintonizar ambos os controladores em modo P para obter as seguintes especificações: ----A resposta à mudança degrau do laço interno deve estabilizar-se em 10 segundos ----A resposta à mudança degrau do sistema em conjunto deve estabilizar-se com um erro menor do 1 % laço interno

Bibliografia Notas do professor