Controle de Processos - Evolução do Controle Automático e Termos Importantes

1 Controle de Processos Professor Robson Peixoto Controle de Processos Mestre em Energia Seguidor solar em usinas fotovoltaicas aprimoramento da eficiência do seguidor de eixo horizontal com sistema basculante Mestre em Energia Seguidor solar em usinas fotovoltaicas aprimoramento da eficiência do seguidor de eixo horizontal com sistema basculante Professor Robson Peixoto Professor Robson Peixoto Currículo Pós graduação em Redes de Computadores Pós graduação em Redes de Computadores Pós graduação em Engenharia de Sistemas Pós graduação em Engenharia de Sistemas Pós graduação em Sistema Elétricos de Potência Implementação de microgeração de energia de sistemas fotovoltaicos em unidades residenciais Pós graduação em Sistema Elétricos de Potência Implementação de microgeração de energia de sistemas fotovoltaicos em unidades residenciais Técnico em Eletrotécnica Técnico em Eletrotécnica Eletricista Predial em Industrial Eletricista Predial em Industrial Graduação em Engenharia Elétrica Sistemas de TV Digital Terrestre Graduação em Engenharia Elétrica Sistemas de TV Digital Terrestre Email antoniopeixotoprofessoresarea1edubr Email antoniopeixotoprofessoresarea1edubr 2 Controle de Processos 2 Evolução do controle automático instrumentos de medição transmissão e atuação controladores controle supervisório controle digital direto sistema digital de controle distribuído ação direta e reversa das válvulas e controladores 2 Evolução do controle automático instrumentos de medição transmissão e atuação controladores controle supervisório controle digital direto sistema digital de controle distribuído ação direta e reversa das válvulas e controladores 1 Termos importantes do controle automático de processo controle servo e regulatório controle manual e automático sistema em malha aberta e malha fechada sistema de controle feedback etapas do controle representação de uma malha de controle 1 Termos importantes do controle automático de processo controle servo e regulatório controle manual e automático sistema em malha aberta e malha fechada sistema de controle feedback etapas do controle representação de uma malha de controle Conteúdo 3 Características vantagens e desvantagens das estratégias de controle feedback feed forward cascata controle seletivo slipt range ou faixa dividida controle por relação ou razão e controle override 3 Características vantagens e desvantagens das estratégias de controle feedback feed forward cascata controle seletivo slipt range ou faixa dividida controle por relação ou razão e controle override 4 Objetivo da modelagem para controle de processos modelos físicos e modelos matemáticos modelagem fenomenológica e empírica etapas de construção de um modelo modelos lineares e não lineares motivação para o estudo de sistemas lineares 4 Objetivo da modelagem para controle de processos modelos físicos e modelos matemáticos modelagem fenomenológica e empírica etapas de construção de um modelo modelos lineares e não lineares motivação para o estudo de sistemas lineares 5 Estudo de sistemas não lineares Linearização de funções de uma variável linearização de funções de duas ou mais variáveis linearização de equações diferenciais Variáveis desvio resposta de saída 5 Estudo de sistemas não lineares Linearização de funções de uma variável linearização de funções de duas ou mais variáveis linearização de equações diferenciais Variáveis desvio resposta de saída 3 Controle de Processos 7 Função de Transferência Definição de pólos e zeros Estabilidade de Processos Representação de um sistema por meio de diagrama de bloco Reduções básicas Exemplos de redução de diagrama de blocos 7 Função de Transferência Definição de pólos e zeros Estabilidade de Processos Representação de um sistema por meio de diagrama de bloco Reduções básicas Exemplos de redução de diagrama de blocos 6 A transformada de Laplace definição propriedades Solução para Equações Diferenciais utilizando a Transformada de Laplace Procedimento para a Solução de Transformada de Laplace Inversão através da expansão em frações parciais 6 A transformada de Laplace definição propriedades Solução para Equações Diferenciais utilizando a Transformada de Laplace Procedimento para a Solução de Transformada de Laplace Inversão através da expansão em frações parciais Conteúdo 8 Resposta dinâmica dos sistemas de primeira ordem resposta ao degrau rampa resposta senoidal resposta com atraso no tempo Sistemas de segunda ordem sistema superamortecido criticamente amortecido e subamortecido 8 Resposta dinâmica dos sistemas de primeira ordem resposta ao degrau rampa resposta senoidal resposta com atraso no tempo Sistemas de segunda ordem sistema superamortecido criticamente amortecido e subamortecido 9 Aplicações características vantagens e desvantagens dos principais tipos de Controladores de realimentação Ações Proporcional P Proporcional Integral PI e Proporcional Integral Derivativo PID 9 Aplicações características vantagens e desvantagens dos principais tipos de Controladores de realimentação Ações Proporcional P Proporcional Integral PI e Proporcional Integral Derivativo PID 10 Conceito de sintonia procedimento de sintonia objetivos da sintonia especificação da resposta em malha fechada métodos de sintonia existentes na literatura em especial o método de Ziegler e Nichols e Cohen Coon 10 Conceito de sintonia procedimento de sintonia objetivos da sintonia especificação da resposta em malha fechada métodos de sintonia existentes na literatura em especial o método de Ziegler e Nichols e Cohen Coon 4 Controle de Processos 12 Análise de Sistemas de Controle de Realimentação através do lugar das raízes Representação Gráfica de Diagramas de Lugar das Raízes Análise de Sistemas de Controle através de resposta em frequência 12 Análise de Sistemas de Controle de Realimentação através do lugar das raízes Representação Gráfica de Diagramas de Lugar das Raízes Análise de Sistemas de Controle através de resposta em frequência 11 Projeto de Sistemas de Controle de Processos Função de Transferência da Malha Fechada Equação Característica da Malha Resposta da Malha Fechada no estado estacionário Estabilidade da malha de controle 11 Projeto de Sistemas de Controle de Processos Função de Transferência da Malha Fechada Equação Característica da Malha Resposta da Malha Fechada no estado estacionário Estabilidade da malha de controle Conteúdo 13 Estudo do tutorial do Matlab Simulink e reprodução de exemplos Modelagem simulação de processos no Simulink Estudo de caso de sintonização estudo de casos operacionais Análise do desempenho da malha de controle 13 Estudo do tutorial do Matlab Simulink e reprodução de exemplos Modelagem simulação de processos no Simulink Estudo de caso de sintonização estudo de casos operacionais Análise do desempenho da malha de controle 14 Modelagem simulação de processos diversos encontrados na literatura trazidos pelos alunos e reproduzidos no Simulink Estudo de caso de sintonização estudo de casos operacionais Análise do desempenho da malha de controle 14 Modelagem simulação de processos diversos encontrados na literatura trazidos pelos alunos e reproduzidos no Simulink Estudo de caso de sintonização estudo de casos operacionais Análise do desempenho da malha de controle 5 CHEN C T Linear system theoryanddesign USA Oxford University Press 1998 CHEN C T Linear system theoryanddesign USA Oxford University Press 1998 Controle de Processos CARVALHO Jl Martins de Sistemas de Controle Automático Rio de Janeiro Mackenzie 2000 CARVALHO Jl Martins de Sistemas de Controle Automático Rio de Janeiro Mackenzie 2000 OGATA Katsuhiko Engenharia de Controle Moderno Rio de Janeiro Editor Borsoi 1997 OGATA Katsuhiko Engenharia de Controle Moderno Rio de Janeiro Editor Borsoi 1997 Bibliografia BISHOP Robert H Sistemas de Controle Modernos Rio de Janeiro Enciclopédia Britânica do Brasil Publicações 2001 BISHOP Robert H Sistemas de Controle Modernos Rio de Janeiro Enciclopédia Britânica do Brasil Publicações 2001 HARBOR Royce D Sistemas de Controle e Realimentação São Paulo Companhia das Letras 1997 HARBOR Royce D Sistemas de Controle e Realimentação São Paulo Companhia das Letras 1997 SIGHIERI Lúciano NISHINARI Akiyoshi Controle automático de processos industriais instrumentação 2 ed São Paulo SENAC 2012 SIGHIERI Lúciano NISHINARI Akiyoshi Controle automático de processos industriais instrumentação 2 ed São Paulo SENAC 2012 OGATA Katsuhiko Discretetime Control Systems New Jersey Lge 1995 OGATA Katsuhiko Discretetime Control Systems New Jersey Lge 1995 FRANKLIN Gene F Digital Control Of Dynamic Systems São Paulo Pioneira 1997 FRANKLIN Gene F Digital Control Of Dynamic Systems São Paulo Pioneira 1997 6 Controle de Processos AV1 20042022 AV1 20042022 Avaliação 7 AV2 08062022 AV2 08062022 AV3 22062022 AV3 22062022 Slide 8 ARAP1 Antonio Robson Aguiar Peixoto 01092021 Determine a transformada de Laplace da função ft t2 t 0 Determine a transformada de Laplace da função ft eat t 0 Dada duas funções ft e gt e duas constantes a e b temos que para todos os valores de s para os quais as transformadas de Laplace de f e g existem A transformada de Laplace é uma transformação linear Exemplo Determine Fs se ft 3 2e2t Exemplo Determine Fs se ft 5t 2t2 Determine a transformada de Laplace da função ft cos at t 0 Dica cos at ejat ejat2 Determine a transformada de Laplace da função ft sen at t 0 Dica sen at ejat ejat2j Transformada de Laplace Tabela de algumas transformadas de Laplace 14 Dada uma função ft definida para todo t 0 ela é unicamente determinada pela sua transformada de Laplace Fs Desta forma podemos escrever Fs 𝓛ft ft 𝓛¹Fs Em que 𝓛¹Fs denota a transformada de Laplace inversa Tal como 𝓛 a transformada de Laplace inversa 𝓛¹ é linear também ou seja 𝓛¹aFs bGs a𝓛¹Fs b𝓛¹Gs Exemplo Determine transformada inversa de Fs 3s 8s³ 𝓛¹3s 8s³ 3𝓛¹1s 4𝓛¹2s³ 3 1 4 t² 3 4t² Exemplo Determine transformada inversa de Fs 6s² 2s2² 𝓛¹6s² 2s 2 6𝓛¹1s² 2𝓛¹1s 2 6t 2e²ᵗ A função f é derivável por partes em ab se f é contínua por partes e diferenciável em ab a menos de um número finito de pontos E se considerarmos ainda que f tem ordem exponencial e f é contínua por partes então 𝓛ft s 𝓛ft f0 𝓛ft s Fs f0 Agora supondo que f e f satisfaçam as condições especificadas para f e f então 𝓛ft s² 𝓛ft sf0 f0 Analogamente podemos obter 𝓛fⁿt 𝓛fⁿt sⁿ 𝓛ft sⁿ¹f0 sⁿ²f0 sfⁿ²0 fⁿ¹0 Considere o produto de valor inicial função xt xt 6xt 0 x0 2 x0 1 Utilize a transformada de Laplace para resolver o PVI 𝓛xt xt 6xt 0 𝓛xt 𝓛xt 6𝓛xt 0 s² Xs sx0 x0 s Xs x0 6Xs 0 s² Xs s2 1 s Xs 2 6Xs 0 Xss² s 6 2 1 2s Xs 2s 3s² s 6 1 1 242 s₁ 3 s₂ 2 Xs 2s 3s 3s 2 As 3 Bs 2 As 2 Bs 3s 3s 2 As 2 Bs 3 2s 3 com s 2 A 0 B 5 7 B 75 com s 3 A 5 B 0 3 A 35 Xs 35s 3 75s 2 Xs 35 1s 3 75 1s 2 𝓛¹Xs 35 𝓛¹1s 3 75 𝓛¹1s 2 xt 35 e3t 75 e2t O método de frações parciais é utilizado para decompor um fração racional fs psqs que é a divisão de dois polinômios p ps e q qs ambos na variável s para obter frações mais simples com o objetivo de facilitar processos de integração ou obter as transformadas inversas de Laplace Método geral para decompor uma função racional fs pnss a1s a2s am Em m fatores lineares da forma s a1 s a2 s am sendo m n escrevemos fs pnssa1sa2sam A1sa1 A2sa2 Amsam Para a fração racional fs 2s13s3s2 Fs 2s 13s3s2 As3 Bs2 As2 Bs3s3s2 2s 13 As2 Bs3 com s 2 A 0 B 1 9 B 9 com s 3 A 1 B 0 7 A 7 Fs 7s3 9s2 L1fs 7 e3t 9 e2t Controle Analógico Sinais de teste 20 Transformada de Laplace da função ft eat t 0 Leat 0 esteat dt 0 esat dt limb esatsa0b limb esabsa esa0sa Leat 1sa ℜs a Transformada de Laplace de um sinal deslocado no tempo Lft τ 0 estft τ dt 0 estft τ dt 0 esvτfv dv esτ 0 esvfv dv Lft τ esτ Lft esτ Fs 22 Obrigado Professor Robson Peixoto