Relatorio Identificacao de Processo e Sintonia PID em Planta SMAR

CONTROLE E SERVOMECANISMOS II Nome 1 Rio de Janeiro 2022 Identificação de um processo através da análise da curva de reação Levantamento de um modelo matemático de um processo dinâmico através da identificação de parâmetros a partir de dados experimentais e sintonia de um controlador PID pelo primeiro método de ZieglerNichols Muitos sistemas podem ser descritos através de um modelo matemático de primeira ordem com tempo morto FirstOrderwithDead Time Se os sistemas são mais complexos estes modelos simplificados servem como um ponto de partida para o estudo de novos modelos e sintonia dos controladores que se adequem a tarefa proposta G s K e Ls Ts1 Para sistemas sem integrador e sem pólos complexos conjugados dominantes obtémse um modelo de primeira ordem a partir da resposta ao degrau Tal metodologia foi desenvolvida por Ziegler e Nichols para a sintonia de controladores A obtenção de um modelo através de processo de identificação consiste na aplicação de uma função degrau na entrada do sistema A partir da resposta ao degrau apresentada na Figura 1 é então obtida e analisada através da consideração dos parâmetros L tempo morto T constante de tempo K ganho estático Figura 1 Curva de Reação Os dados do arquivo DadosTanquematforam retirados de um experimento em uma planta SMAR apresentada na figura 2a com o respectivo diagrama do processo para controle do nível de um tanque de aquecimento em que o nível do tanque depende do fluxo de líquido controlado por uma válvula de entrada Figura 2 Planta SMAR Pela avaliação da curva de reação defina o modelo FODT para o processo de nível da planta SMAR e projeto um controlador PID pelo método de sintonia de ZieglerNichols por fim apresente a curva de resposta do sistema controlado GcsK p Ki s K ds 1 Introdução Teórica Apresente aqui os conceitos e equações que fundamentam a experiência ou mesmo que permitem a sua realização explicando a teoria envolvida2a5 parágrafos de aproximadamente 5 linhas a Apresentação dos objetivos 1 a 2 parágrafos 2 Modelagem e projeto do controlador Devese apresentar o procedimento para levantamento dos parâmetros K L e T bem como o cálculo dos parâmetros do controlador As curvas dos dados fornecidos e a resultante do modelo FODT também devem ser apresentadas 3 Resultados Apresentar o resultado do controlador para o modelo FODT da planta 4 Conclusão Descrição do que foi observado a partir da realização prática 2 parágrafos CONTROLE E SERVOMECANISMOS II Nome 1 Rio de Janeiro 2022 Identificação de um processo através da análise da curva de reação 1 Introdução Teórica Muitos sistemas podem ser descritos através de um modelo matemático de primeira ordem com tempo morto First Order with Dead Time Se os sistemas são mais complexos estes modelos simplificados servem como um ponto de partida para o estudo de novos modelos e sintonia dos controladores que se adequem a tarefa proposta Para sistemas sem integrador e sem pólos complexos conjugados dominantes obtémse um modelo de primeira ordem a partir da resposta ao degrau Tal metodologia foi desenvolvida por Ziegler e Nichols para a sintonia de controladores O modelo proposto por ele tem a seguinte forma G s K e Ls Ts1 A obtenção de um modelo através de processo de identificação consiste na aplicação de uma função degrau na entrada do sistema A partir da resposta ao degrau apresentada na Figura 1 é então obtida e analisada através da consideração dos parâmetros L tempo morto T constante de tempo K ganho estático Figura 1 Curva de Reação Pela avaliação da curva de reação definese o modelo FODT para um processo qualquer um sistema de nível da planta SMAR por exemplo e projeto um controlador PID pelo método de sintonia de ZieglerNichols dado abaixo GcsK p Ki s K ds Figura 2 Sintonia ZieglerNichols Obs a tabela acima está errada conforme o livro Ogata Para obter os ganhos Ki e Kd é preciso multiplicar o fator da tabela pelo ganho proporcional a Apresentação dos objetivos Sejam as dados do arquivo DadosTanquemat que foram retirados de um experimento em uma planta SMAR apresentada na figura 3a com o respectivo diagrama do processo na figura 3b para controle do nível de um tanque de aquecimento em que o nível do tanque depende do fluxo de líquido controlado por uma válvula de entrada Figura 3 Planta SMAR O objetivo consiste em levantar o modelo FODT do sistema de nível e projetar um controlador segundo as regras de ZieglerNichols 2 Modelagem e projeto do controlador Foi aplicado um degrau unitário na entrada do sistema medido a saída de forma que foi possível plotar a seguinte curva Deve se levantar dos parâmetros K L e T a partir da curva de reação acima logo pelo gráfico K80 L0035 s T049400350459s A função de transferência do modelo do processo é G s 80e 0035 s 0459s1 Plotando as respostas do processo e do modelo a uma entrada degrau unitário obtémse o gráfico abaixo A partir dos parâmetros levantados executase o projeto do controlador pelo método de ZieglerNichols de malha aberta K P12 T L12 0459 00351574 K IK P 05 L 1574 05 003522485 K DK P05 L15740500350275 Função de transferência do controlador PID segundo as regras é dada por Gcs1574 22485 s 0275 s 3 Resultados Simulação do controlador em malha fechada Diagrama de blocos Resposta do sistema em malha fechada Infelizmente em vez do controlador melhorar a resposta do sistema o controlador causou instabilidade no sistema em malha fechada 4 Conclusão No decorrer do trabalho foi levantado os parâmetros de um modelo FODT para um sistema de nível de tanque Os parâmetros do modelo levantado foram usados para o projeto de um controlador PID pelo método de ZieglerNichols Por meio de simulações do modelo do sistema com controlador em malha fechada concluise que o controlador não foi adequado para o sistema visto que a resposta foi instável Logo é necessário utilizar outras técnicas para o projeto de um controlador PID adequado ou então refinar o modelo 5 Anexo figure1 plottx ylabelL cm xlabelt s grid on stfs G80exp0035s0459s1 ystepGt figure2 plottx hold on plottyr ylabelL cm xlabelt s grid on legendRealModelo FODT