Seleção do Tempo de Amostragem
A eficiência do controlador digital está diretamente relacionada com o intervalo de amostragem utilizado. A medida que este intervalo diminui, o resultado do controlador digital aproxima-se do resultado de um controlador analógico. Aconselha-se utilizar um tempo de amostragem da ordem de um décimo da constante de tempo do sistema, ou seja
10 TA = T
onde TA é o tempo de amostragem utilizado e T é a constante de tempo do sistema.
Exemplo: Pode-se obter a constante de tempo de um sistema de primeira ordem a partir do seu gráfico da resposta da variável de atuação (VA) a um degrau no ponto de ajuste PA com o laço de controle aberto (PID desabilitado ou em modo manual), conforme a figura 4.
Figura 33: Constante de tempo do sistema e intervalo de amostragem
Esta figura demonstra a obtenção da constante de tempo do sistema por dois modos distintos. O mais usual é tomar como constante de tempo do sistema o tempo necessário para o sistema atingir
63,212% do valor final. Outro modo é traçar a primeira derivada da curva da resposta ao degrau, a constante de tempo é aquela onde esta reta cruza o valor final da resposta do sistema.
Uma vez definida a constante de tempo, basta definir o intervalo de amostragem da ordem de um décimo deste valor.
É importante lembrar que na Série Ponto a atualização das entradas e saídas ocorre na mesma ordem de tempo de um ciclo do CP. Sempre que o tempo de ciclo do CP for maior que o tempo de
amostragem aconselha-se o uso da instrução F-AES.087.
Feedforward/Bias
Através do operando memória utilizado para feedforward/bias é possível injetar alguma variável do sistema na saída do controlador e/ou aplicar um deslocamento na mesma.
O objetivo do feedforward é medir os principais distúrbios do processo e calcular a mudança necessária na variável de atuação para compensá-los antes que estes causem alterações na variável controlada. A manipulação dos distúrbios do processo pode ser feita através dos blocos de controle avançado (F-CTRL.059) que disponibilizam blocos avanço-atraso, derivador com retardo temporal e retardo temporal de primeira ordem.
Pode-se citar como exemplo, um sistema onde a variável a ser controlada é a temperatura de uma mistura quente. Numa determinada fase do processo é necessário derramar água fria nesta mistura.
Sem o feedforward, seria necessário esperar a água fria mudar o estado da mistura para então o controlador gerar a ação corretiva. Utilizando o feedforward, um valor associado à temperatura da água fria seria injetado na saída do controlador, fazendo com que este tome uma “ação corretiva”
antes mesmo da água fria começar a alterar o estado da mistura quente, agilizando a resposta do controlador.
O “bias” é utilizado sempre que se deseja aplicar algum deslocamento sobre a saída do controlador.
Controle em Cascata
Provavelmente o controle em cascata é uma das técnicas de controle avançado mais utilizadas na prática. É composto por pelo menos duas malhas de controle. A figura 5 mostra um controlador em cascata com duas malhas.
Figura 34: Controlador em cascata com duas malhas
A malha externa é chamada de controlador mestre e a malha interna de controlador escravo. O controlador mestre tem seu ponto de ajuste fixo e sua saída fornece o ponto de ajuste do controlador escravo (VA 1). A variável de atuação do controlador escravo (VA 2) atuará sobre o processo 2 que, por sua vez, atuará sobre o processo 1, fechando a malha do controlador mestre.
Este tipo de controlador é aplicado, por exemplo, no controle de temperatura pela injeção de vapor.
Além da variação da temperatura, que deve ser controlada, o sistema está sujeito a variações de pressão na linha de vapor. Torna-se então desejável um controlador de vazão escravo atuando em função das variações de pressão e um controlador mestre para manipular a referência do escravo controlando então a temperatura do processo. Este exemplo pode ser representado graficamente conforme a figura 6.
Figura 35: Aplicação de um controlador em cascata
Caso fosse utilizado somente um controlador de temperatura atuando diretamente sobre a válvula de vapor, não haveria como compensar eventuais variações de pressão na linha de vapor.
Existem três principais vantagens no uso de controladores em cascata:
• Qualquer distúrbio que afete o controlador escravo é detectado e compensado por este controlador antes de afetar a variável controlada pelo controlador mestre;
• Aumento da controlabilidade do sistema. No caso do controle de temperatura pela injeção de vapor, a resposta do sistema é melhorada devido ao controlador de vazão aumentando a controlabilidade do laço principal.
• Não linearidades de um laço interno são manipuladas dentro deste laço e não percebidos pelo laço externo. No exemplo anterior, as variações de pressão são compensadas pelo controlador escravo e o controlador mestre “enxerga” apenas uma relação linear entre a válvula e a temperatura.
Considerações Importantes
Para se utilizar controladores em cascata deve-se tomar os seguintes cuidados:
• Como o ponto de ajuste dos controladores escravos é manipulado conforme a saída dos
controladores mestres, poderão ocorrer variações bruscas no erro do controlador escravo. Se os controladores escravos estiverem com a ação derivativa agindo em função do erro surgirão ações derivativas com grandes valores. Portanto aconselha-se utilizar os controladores escravos com a ação derivativa em função da variável medida.
• O controlador escravo deve ser rápido o suficiente para eliminar os distúrbios de seu laço antes que estes afetem o laço do controlador mestre.