Estratégias de Controle e Critérios de Desempenho em Sistemas de Controle Adaptativo

Modulo 6 Estrategias de Controle Estratégias de Controle Estratégias de Controle Critérios de Desempenho Maximização ou minimização de uma função custo respeitandose as restrições Deve representar os interesses Do Gerente da Planta Do Operador da Planta Do Engenheiro de Controle da Planta Engenheiro de Controle Tempo de Subida Tempo de resposta Sobreelevação Estabilidade Robustez Erro em estado estacionário Gerente Custo de implantação Custo de manutenção Consumo de energia Disponibilidade Rentabilidade Operador Ergonomia Simplicidade Simplicidade Fidelidade Repetibilidade Conforto Exemplos de Índices de desempenho Integral do Erro Absoluto dt e t IEA T 0 Integral do Erro Quadrático Integral do Erro Absoluto pelo Tempo dt e t ISE T 2 0 t dt e t ITAE T 0 Exemplos de Índices de desempenho Integral da Saída de Controle ao quadrado dt m t ISV T 2 0 Integral da Variação da Saída de Controle Integral da Variação do Erro Absoluto dt m t IVM T 0 dt e t IVE T 0 Sistema é projetado para compensar as mudanças do processo monitorando seu próprio desempenho a partir de um critério definido pelo usuário função Controle Adaptativo a partir de um critério definido pelo usuário função otimização Normalmente possui uma função aprendizado LEARN precedente a alteração dos parâmetros do algoritmo de controle Portanto é capaz de se adaptar a variações do processo tempo de uso perda de eficiência alterações da dinâmica do processo condições operacionais não lineares entre outras Controle Adaptativo Os parâmetros do controlador são ajustados em tempo real em função de alterações das características da planta Possuem vários tipos entre os quais os controladores chamados SelfTuning e AutoTuning Observações Geralmente apresentam uma segunda malha de controle com critérios de projeto e sintonia Possuem estimadores que podem ser acionados por comando autolearn ou subrotinas de identificação online self Controle Adaptativo PROCESSO Identificação modelo Critério de Desempenho Alteração do Algoritmo Tem como objetivo a antecipação do efeito das perturbações que irão prejudicar o desempenho do processo A Controle Feedforward prejudicar o desempenho do processo A partir da medição do distúrbio o sistema compensa de forma antecipada e com a dinâmica temporal adequada os possíveis efeitos sobre a variável de processo Antecipa o efeito de um distúrbio sobre a variável de processo atuando na variável manipulada de forma compensatória Observações Necessita de filtro LeadLag sintonizado na Controle Feedforward Necessita de filtro LeadLag sintonizado na dinâmica do distúrbio sobre a variável de processo Normalmente atua como ajuste fino junto a uma malha com realimentação negativa clássica Pode provocar instabilidade se mal dimensionada Controle Feedforward PERTURBAÇÃO DE CARGA DISTÚRBIO Medição do Distúrbio Compensação Lead Lag Controle por SplitRange Define uma preferência de atuação entre duas ou mais variáveis manipuladas com objetivo de controlar somente uma variável de processo Observações Os atuadores devem possuir características similares em função do algoritmo único A sintonia deve satisfazer todas as regiões de operação Pode ocorrer superposição de ações O critério de preferência normalmente é custo ou segurança Controle por SplitRange Elemento final de Controle 1 Controlador R z Ez Elemento final de Controle 2 Elemento final de Controle n Controle em Cascata Tem como objetivo eliminar o distúrbio provocado por uma váriável secundária mais rápida sobre o váriável principal Observações Diminui o tempo de resposta em malha Diminui o tempo de resposta em malha fechada Exige sintonia da malha interna antes da externa Aumenta a estabilidade da malha Controlador malha mestre R z Ez Controle em Cascata Sensor malha mestre Sample Hold A D Filtro Digital Controle por Over Ride Enquanto controla uma variável mantêm uma segunda variável normalmente relacionada a segurança dentro de uma determinada faixa Observações Atenção ao efeito de saturação da ação Atenção ao efeito de saturação da ação integral Cuidados na sintonia pois utiliza dois controladores para um mesmo atuador Geralmente implementa recursos de tracking entre os controladores Sensor Controlador Segurança R z Ez Controle por Over Ride Controlador Otimização Sensor Variável Otimização Sensor Variável Segurança R z Ez Controle Por Razão Relação O setpoint do controlador de uma variável secundária é ajustado a partir de uma relação direta com uma variável primária livre Observações as unidades de engenharia devem ser as as unidades de engenharia devem ser as mesmas Os sinais devem possuir as mesmas não linearidades Pode ocorrer perda de precisão em função da escala Controle Por Razão Relação RAZÃO fator de multiplica ção Sensor Variável livre Referências Bibliográficas McMillan GK Tuning and Control Loop Performance ISA Newell e Lee P L Applied Process Control A Case Study Prentice Hall Goettsche L D Maintenance of Instruments Systems ISA ISA Jota F Jardim E M Pratical Automatic Tuning Methods of PID Controllers for a Sour Water Stripper The 3rd IEEE Conference On Control Applications Glasgow Escócia 1994 Gruhn P e Cheddie H Safety Shutdown Systems Design Analysis and Justification ISA1998 Soisson H E Instrumentação Industrial Ed Hemus Albert C L Coggan D A Fundamentals of Industrial Control ISA McMillan GK Tuning and Control Loop Performance ISA Monograph Series 1983 Ziegler JG Nichols NB Optimum Settings for Automatic Controllers Transactions of the ASME 1942 Fertik HA Tuning Controllers for Noisy Process ISA Transactions Vol 14n4 1975 Miller J A A Comparision of Controller Tuning Techiniques Control Engineering Vol14n12 1967 Goettsche L D Maintenance of Instruments Systems ISA 1995 Goettsche L D Maintenance of Instruments Systems ISA 1995 Friedman Y Z Tuning of Averaging Level Controllers PETROCONTROL 1994 Jardim EM Jota FG Pratical Automatic Tuning Methods of PID Controllers for a Sour Water Stripper The 3rd IEEE Conference On Control Applications Glasgow Escócia 1994 Albert C L Coggan D A Fundamentals of Industrial Control ISA 1994 Jardim EM Utilização de Controladores com Sintonia Automática e Auto Sintonizáveis em processos Industriais UFMG 1993 Tese de Mestrado Referências Bibliográficas McMillan GK Tuning and Control Loop Performance ISA Newell e Lee P L Applied Process Control A Case Study Prentice Hall Goettsche L D Maintenance of Instruments Systems ISA ISA Jota F Jardim E M Pratical Automatic Tuning Methods of PID Controllers for a Sour Water Stripper The 3rd IEEE Conference On Control Applications Glasgow Escócia 1994 Gruhn P e Cheddie H Safety Shutdown Systems Design Analysis and Justification ISA1998 Soisson H E Instrumentação Industrial Ed Hemus Albert C L Coggan D A Fundamentals of Industrial Control ISA