3 Malha de Controle
4. Malha Fechada
A malha de controle fechada é constituída dos instrumentos e do
processo. Há instrumentos colocados na entrada e na saída do processo e
interligados entre si. O processo fecha a malha de controle.
Conceitualmente, há dois tipos diferentes de malhas fechadas para desempenhar a função de controle: com realimentação negativa (feedback) e com predição e antecipação (feedforward)
4.1. Realimentação
Diz-se que um sistema possui uma realimentação quando se faz a medição de uma variável em sua saída e se faz uma correção na sua entrada, baseada nessa medição. Aqui deve ser feita uma
consideração especial acerca dos
conceitos de saída e entrada do processo. Quando se diz que se mede na saída e atua na entrada, significa que se realiza uma realimentação. Fisicamente, a
medição pode ser na entrada do processo e a atuação na saída do processo. Por exemplo, no controle de vazão, o elemento sensor é colocado depois da válvula de controle, para não provocar distúrbio na medição.
4.2. Realimentação Positiva
A realimentação pode ser positiva ou negativa. A realimentação é positiva, quando a atuação no processo se faz para aumentar o desvio entre a medição e o ponto de referência. Faz-se uma medição, compara-se com um valor de referência e se atua no processo: quando a medição é maior que o ponto de ajuste, atua-se no processo para aumentar ainda mais a medição e quando é menor, atua-se para diminuir ainda mais a medição. Uma malha apenas com realimentação positiva leva o sistema para um dos extremos, ou para o mínimo ou para o máximo.
Em controle de processo, a realimentação positiva isolada ou predominante não apresenta nenhuma utilidade prática. Nos circuitos dos controladores tem-se a realimentação positiva associada a realimentação negativa, para fins de balanceamento,
Operador Programa Controlador Processo I/O Atuador I/O
porém os ajustes sempre devem permitir que a realimentação negativa seja maior que a positiva.
Fig. 3.16. Malha fechada com realimentação
negativa
4.3. Realimentação Negativa
A maioria das malhas fechadas de controle utiliza o princípio de realimentação negativa. A realimentação negativaestabiliza o processo, diminuindo o seu ganho.
Didaticamente, pode-se distinguir cinco partes essenciais em um sistema de controle com malha de realimentação negativa:
1. o meio de medição, que pode ser o elemento sensor ou o transmissor com o elemento sensor. Ele prove um sinal proporcional ao valor da variável.
2. o mecanismo de comparação entre o valor da variável medida e o ponto de referência estabelecido de modo arbitrário, manual ou remotamente. 3. o controlador do processo, que gera
automaticamente um sinal analógico, que é uma função matemática do erro detectado (diferença entre medição e ponto de ajuste).
4. o elemento final de controle, que manipula uma variável que influa na variável controlada, recebendo o sinal da saída do controlador. 5. o processo, que é o motivo da
existência da malha de controle Outros instrumentos podem ser adicionados à malha básica de controle, para otimizar o seu funcionamento. Por
exemplo, pode-se colocar equipamentos para condicionar, converter, transduzir, transformar, amplificar, atenuar e filtrar os sinais de informação e de atuação do controle. Além do controle, a malha pode ainda desempenhar funções de registro, totalização e alarme. Para tornar mais flexível e seguro, é também prática comum o uso de controle manual, como reserva do controle automático.
Na malha de controle há duas
realimentações negativas: uma na malha externa de controle e outra no circuito interno do controlador. Na malha externa de controle, faz se a medição da variável controlada, compara a com uma referência externa do controlador e gera se uma ação corretiva que vai para o elemento final de controle. Internamente ao controlador, recebe se a medição da variável controlada, compara a com o ponto de ajuste de referência e a saída do
controlador é realimentada a sua entrada, para estabilizar sua saída num valor finito.
Fig. 3.18. Malha de controle com realimentação
negativa medida Processo Controlador feedback Medição saídas controlada manipulada entradas distúrbios LC LCV
A melhor resposta de uma malha de controle a realimentação negativa está longe da perfeição, pois seu princípio de funcionamento se baseia numa
imperfeição. Só há controle quando há erro.
Podem se listar as seguintes características do controlador com realimentação negativa:
1. A ação do controlador é corretiva. Só há correção quando se detecta o desvio entre a medição e o ponto de ajuste.
2. Mesmo que a detecção do erro entre a medição e o ponto de ajuste seja rápida, a resposta de toda a malha de controle pode ser muito grande, por causa da grande inércia (capacidade e resistência) e tempo morto do processo. O atraso da resposta implica em mau controle, com produto fora da especificação. 3. A malha de controle tem tendência
a entrar em oscilação. As
oscilações, mesmo amortecidas, indicam a ocorrência de tentativa e erro.
4. O controlador sempre mede uma variável na saída do processo e manipula uma variável na entrada. O controlador mede a demanda e atua no suprimento do processo. 5. O sistema de controle não mede
diretamente os distúrbios, mas mede as consequências desses distúrbios, que são as alterações na variável controlada.
6. O controlador só atua na variável manipulada quando for detectado o desvio na variável controlada, provocado pela alteração da carga. 7. base matemática da ação corretiva
da malha fechada com
realimentação negativa é o erro existente entre a medição da variável e o valor ajustado de referência.
8. A saída do controlador é constante, e diferente de zero quando o erro entre medição e ponto de ajuste for zero.