Aula04 - Controle



FATEC ADIB MOISÉS DIB

EEA-103

Sistemas de Controle

Aula 04

Professor Murilo Zanini de Carvalho

E-mail: murilo.eletronica.mecatronica@gmail.com

Instrumentação e Controle

 Revisão aula anterior:

 Amplificadores operacionais;

 Caracteristicas do amplificador operacional ideal;

 Configurações do amplificador operacional;

 Dimensionamento de circuitos utilizando o amplificador operacional.

Compensadores

 Termo utilizado para designar os controladores utilizados para compensar o erro no sistema;

 _{Também são conhecidos como os controladores do}

sistema;

 Sua função é modificar o comportamento do sistema em malha fechada.

Controlador On-Off

 O controlador é uma chave que ativada pelo sinal de erro e fornece um sinal de correção do tipo On-Off;

 A ação de controle é descontínua;

 Oscilações da variável controlada ocorrem em torno do setpoint desejado;

 As oscilações ocorrem em função dos atrasos no sistema de controle e na resposta do processo.

Controlador On-Off

Banda Morta (Dead Band)

 O termo banda morta é utilizado para descrever um intervalo entre o valor de ativação e de desativação da saída do controlador;

 É utilizado para reduzir oscilações no sistema;

 Alto valor de banda morta, resulta em maior flutuação ao redor do valor de set point, mas menor o número de chaveamentos;

 Baixo valor de banda morta, resulta em menor flutuação ao redor do set point, mais maior número de chaveamentos.

Controlador On-Off utilizando

Banda Morta

Vantagens

 O custo dos controladores On-Off é baixo;

 Podem ser implementados com componentes de baixa complexidade;

 Conseguem manter a variável controlada próximo do valor desejado quando o sistema possui alta capacitância (o sistema leva bastante tempo para sofrer alterações).

Desvantagens

 Não é preciso;

 Não pode ser utilizado em sistemas que não toleram oscilações;

Resumo Controlador ON-OFF

 Menor custo;

 Maior simplicidade;

 Pode ser utilizado apenas em processos que

apresentem resposta lenta a variações externas;

 Não mantém o valor desejado para a variável

controlada, mantém o valor dentro de uma faixa de valores aceitáveis.

Controlador de Limite

 Aplicação especial dos controladores On-Off para alarmes;

 _{Nesse tipo de aplicação, o controlador, uma vez}

disparado, indica que um alarme aconteceu;

 Em geral, utilizado para parar a execução do processo;

 Exemplos: sistemas de controle de temperatura, sistemas de controle de nível.

Controlador de Limite Yokogawa

Controlador de Limite Yokogawa (retirado de ( http://www.yokogawa.com/ns/cis/utup/utl/ns-ut150l_01.htm), em 15/08/2011)

Algoritmo Controlador On-Off

 Realiza leitura do valor de setpoint (SP)

 Repetir:

 Realiza leitura do valor da variavel de processo (PV)

 Se PV < SP Então

 Acionar variável manipulada (MV)

 Senão Se PV > SP Então

Algoritmo Controlador On-Off

 Realiza leitura do valor de setpoint (SP)

 Realiza leitura do valor de banda morta

 Repetir:

 Realiza leitura do valor da variavel de processo (PV)

 Se PV < (SP – Banda Morta/2) Então

 Acionar variável manipulada (MV)

 Senão Se PV > (SP + Banda Morta/2) Então

Sinal de Saída do Controlador ON-Off

 O sinal de saída do controlador On-Off é utilizado para acionar algum dispositivo capaz de realizar alguma mudança no valor da PV ou enviar um sinal para um elemento intermediário, para que este tome está ação.

 Como o sinal de atuação dos controladores, normalmente, é de baixa potência, este deve ser condicionado para realizar o acionamento de cargas maiores, como motores elétricos.

Sistemas de Acionamento Elétrico

 São os elementos responsáveis por receber os sinais elétricos da circuito de controle e envia-los para os elementos de atuação;

 O circuito do driver de saída deve ser responsável por receber um sinal do elemento de controle e comandar o elemento de potência em sua saída;

 _{O projeto do drive deve garantir a segurança do}

elemento de controle, garantindo o isolamento do sinal enviado ao elemento de saída.

Relé

 Os relés são dispositivos eletromecânicos que recebem um sinal elétrico para comutar o estado do contato em sua saída (BOLTON, 2010);

 O princípio de funcionamento de um relé está baseado no sinal elétrico aplicado em sua bobina, que faz com que o campo magnético resultando altere a posição de seu conjunto de contatos (o contato NA feche e o contato NF abra).

Relé

 O relé traz como grande vantagem o isolamento galvânico entre o elemento que aplica o sinal em sua bobina e seu contato;

 _{Como o relé, de forma básica, uma bobina que}

recebe um sinal de corrente continua, para evitar que ela aplique um sinal de tensão reversa no restante do circuito, deve-se utilizar um diodo de proteção, que vai em paralelo com a bobina no relé. Esse diodo recebe o nome de diodo de roda livre (flyback).

Relé

 Para dimensionar um drive de acionamento para o relé, deve-se conhecer a tensão de trabalho de sua bobina e sua resistência;

 _{Outro dado importante é a tensão e a corrente}

máximas que o contato do relé podem trabalhar;

 A escolha do uso de relés deve levar em consideração que esses dispositivos possuem baixa velocidade de chaveamento, desgaste mecânico de seus contatos e a corrente necessária para realizar seu acionamento.

Transistor Bipolar

 O transistor bipolar é um elemento semicondutor utilizado para diversas aplicações eletrônicas. Ele pode funcionar como amplificador ou como chave;

 Existem dois tipos de transistores bipolares, os NPN e os PNP, sendo que sua diferença de funcionamento encontra-se no sentido em que as correntes elétricas circulam em seu interior.

Transistor Bipolar

Transist or Bipolar

Exist em dois t ipos de t ransist ores bipolares,

os NPN e os PNP, sendo que sua dif eren

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Tipos de Transist or Bipolar (Ret irado de

ht t p:// www.radioamadores.net/ imagens/

t r _SI M.gif, em 31/ 10/ 2011)

segunda-feira, 31 de outubro de 2011_{Tipos de Transistor Bipolar (Retirado de}

Transistor Bipolar

 Na configuração emissor comum (onde o terminar do emissor é uma referência tanto para o sinal da base, quanto para o sinal do coletor), para que o transistor opere como chave, a corrente fornecida na base deve ser superior a corrente de saturação.

Transistor Bipolar

Transist or Bipolar

Polar ização Transist or Bipolar NPN (Ret irado de ht t p://

www.elet ronica24h.com.br/ cur soelet ronica/ cur soEN2/ figuras/

Aula09_04.gif, em 31/ 10/ 2011)

I c = (Vcc - Vce)/ Rc

h

= I c / I b

I b

= I b * 2

I b

= (Vbb - Vbe)/ Rb

segunda-feira, 31 de outubro de 2011

Polarização Transistor Bipolar NPN (Retirado de http:// www.eletronica24h.com.br/ cursoeletronica/cursoEN2/figuras/ Aula09_04.gif, em 31/10/2011)

Ic

=

(

Vcc

-

Vce

)

Rc

hFE

=

Ic

Ib

Ib

-

satura

ção

=

Ib* 2

Ib

-

satura

ção

=

(

Vbb

-

Vbe

)

Transistor Bipolar

 Critério prático de dimensionamento:

 Resistor da base: 10KΩ

 Corrente Insulficiente?

 Resistor da base: 4k7 Ω

 A corrente ainda é insulficiente ?

 Resistor da base: 2k2 Ω

 _{A corrente continuou insulficiente ?}

Construção de um Controlador On-Off

Utilizando Amplificadores Operacionais

Referências Bibliograficas

 OGATA, Katsuhiko. “Engenharia de Controle Moderno” - 1998.

 _{BOLTON, W. “Mecatrônica – uma abordagem}

multidisciplinar”, 2010

 BOLTON,W. “Control Systems”, 2002

 METALTEX. “Relé de Encaixe OP”

Exercícios

 (BOLTON, 2010) Um controlador em modo on/off liga um aquecedor em uma sala quando a temperatura cai para 20°C e o desliga quando ela alcança 24°C. Quando o aquecedor pe ligado, o ar na sala aumenta de temperatura a uma taxa de 0,5°C/minuto. Quando o aquecedor é desligado, ele resfria a 0,2°C/minuto. Se o satrasos de tempo no sistema de controle forem desprezíveis, qual será o tempo gasto para (a) o aquecedor ligar e (b) o aquecedor desligar?

Exercícios

 (BOLTON, 2010) Um controlador em modo on/off é usado para controlar o nível de água em um tanque abrindo e fechando uma válvula que, na posição aberta, permite que a água entre no tanque a uma taxa de 0,4 m³/segundo. O tanque tem uma área de seção reta de 12 m² e a água sai dele a uma taxa constante de 0,2 m³/segundo. A válvula abre quando o nível de água alcança 4m e fecha quando o nível de água alcança 4,4m. Qual será o tempo gasto para (a) a válvula fechar, (b) a válvula abrir?