Público
Modelagem e
Controle de Sistemas
Roteiro
Aula Prática
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Público
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1
NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas
Unidade: 2 – Modelagem e representação de sistemas de controle e sistemas elétricos
Aula: 3 – Aplicação de software para modelagem e controle de sistemas elétricos
OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática:
Conhecer sobre a identificação de sistemas de primeira ordem. Saber analisar as respostas transitórias de sistemas dinâmicos. Aplicar os conhecimentos sobre os tipos e projetos de controladores.
SOLUÇÃO DIGITAL: Laboratório Virtual Algetec
Exatas > Práticas Específicas de Eng. Elétrica > Controle: Identificação da Função de Transferência – ID 163
Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico da instituição de ensino, que passam por todos os laboratórios das engenharias e saúde e seguem com alto grau de fidelização os experimentos realizados nos equipamentos físicos da ALGETEC. Nesta plataforma, o aluno poderá́ aprender, através de uma linguagem moderna, todos os conceitos das aulas práticas de uma determinada disciplina.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Identificação de função de transferência
Atividade proposta: Utilizar a bancada de controle de processos industriais para identificar a função da transferência de primeira ordem da malha de nível.
Procedimentos para a realização da atividade:
Neste experimento, você irá aprender como realizar a identificação da função de transferência de um sistema, que é o primeiro passo para o projeto do controlador. A partir dessa função, torna-se possível traçar o lugar das raízes, uma representação gráfica que mostra como os polos de um sistema de malha fechada se move no plano complexo à medida que o ganho do
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controlador varia. Isso permite visualizar diretamente os efeitos do ajuste do ganho sobre a estabilidade e o desempenho do sistema.
Assim, a função de transferência, que expressa matematicamente a relação entre a entrada e a saída de um sistema linear e invariante no tempo (LTI), será o foco desta atividade prática. Ela é representada como uma fração de dois polinômios, onde o numerador está relacionado aos zeros do sistema e o denominador, aos polos. A localização desses polos no plano complexo é especialmente importante, pois influencia diretamente o comportamento dinâmico do sistema.
Os passos para o projeto de um controlador usando o lugar das raízes incluem o conhecimento da dinâmica do sistema, a especificação dos requisitos de desempenho, o traçado do lugar das raízes, a análise desse traçado, a implementação e simulação do controlador, e, finalmente, os ajustes finais e validação.
Etapa 1
Etapa 1: compreendendo o experimento:: compreendendo o experimento:
No Algetec, acessar o
No Algetec, acessar o itemitem ExatasExatas Práticas de Eng.Práticas de Eng. Elétrica Elétrica → Controle: Identificação da Função Controle: Identificação da Função de Transferênciade Transferência, conforme a Figura 1, conforme a Figura 1. . Esses laboratórios virtuais são projetados para Esses laboratórios virtuais são projetados para complementar o ensino teórico com práticas simuladas, permitindo que os estudantes realizem complementar o ensino teórico com práticas simuladas, permitindo que os estudantes realizem experimentos em um experimentos em um ambiente controlado e seguro. A Algetec oferece uma ampla gama de ambiente controlado e seguro. A Algetec oferece uma ampla gama de práticas roteirizadas que seguem o plano pedagógico das instituições de ensino, garantindo uma práticas roteirizadas que seguem o plano pedagógico das instituições de ensino, garantindo uma alta fidelidade aos experimentos realizados em equipamentos físicos. Isso permite que os alunosalta fidelidade aos experimentos realizados em equipamentos físicos. Isso permite que os alunos desenvolvam habilidades práticas e teóricas de maneira integrada.desenvolvam habilidades práticas e teóricas de maneira integrada.
Figura 1
Figura 1 –– Acesso ao laboratório para a prática sobreAcesso ao laboratório para a prática sobre controle e identificação de sistemascontrole e identificação de sistemas..
Faça um tour pelos menus das barras laterais, para conhecer toda a inte
Faça um tour pelos menus das barras laterais, para conhecer toda a interface da bancada e do rface da bancada e do laboratóriolaboratório. . Os simuladores são ferramentas educacionais que replicam o comportamento de Os simuladores são ferramentas educacionais que replicam o comportamento de sistemas e equipamentos reais. No contexto dos laboratórios virtuais da Algetec, os simuladores sistemas e equipamentos reais. No contexto dos laboratórios virtuais da Algetec, os simuladores permitem que os estudantes interajam com modelos detalhados de equipamepermitem que os estudantes interajam com modelos detalhados de equipamentos e sistemas ntos e sistemas elétricos, mecânicos e de outras áreas.elétricos, mecânicos e de outras áreas. A Figura 2 ilustra uma visão geral sobre o laboratório.A Figura 2 ilustra uma visão geral sobre o laboratório.
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Figura 2
Figura 2 –– Visão geral do laboratório de Visão geral do laboratório de controle de sistemacontrole de sistemas.s.
Identifique as válvulas 2, 6 e 7 passando o mouse sobre elas
Identifique as válvulas 2, 6 e 7 passando o mouse sobre elas conforme ilustra conforme ilustra a Figura 3a Figura 3.. A A imagem mostra uma bancada de controle de nível, com vários componentes de um sistema de imagem mostra uma bancada de controle de nível, com vários componentes de um sistema de controle de processos. Na parte frontal, há um painel elétrico de comando com botões de controle controle de processos. Na parte frontal, há um painel elétrico de comando com botões de controle e indicadores, à direita, um notebook ee indicadores, à direita, um notebook está conectado ao sistema. No centro, há dois tanques stá conectado ao sistema. No centro, há dois tanques transparentes de diferentes tamanhos, conectados por tubulações e válvulas. Na parte inferior transparentes de diferentes tamanhos, conectados por tubulações e válvulas. Na parte inferior esquerda, uma bomba é conectada ao sistema de tubulações. esquerda, uma bomba é conectada ao sistema de tubulações.
Figura 3
Figura 3 –– Tela de início Tela de início para o experimento prátpara o experimento práticoico..
Feche a válvula 7 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
Feche a válvula 7 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
“Fechar válvula”
“Fechar válvula”, conforme ilustra a Figura 4, conforme ilustra a Figura 4..
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Figura 4
Figura 4 –– Realizar fechamento da válvula 7Realizar fechamento da válvula 7..
Feche a válvula
Feche a válvula 66 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opçãoclicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
“Fechar válvula”
“Fechar válvula”, conforme ilustra a Figura , conforme ilustra a Figura 55..
Figura
Figura 55 –– Realizar fechamento da válvula Realizar fechamento da válvula 66..
Feche a válvula
Feche a válvula 22 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opçãoclicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
“Fecha
“Fechar válvula”r válvula”, conforme ilustra a Figura , conforme ilustra a Figura 66..
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Figura
Figura 66 –– Realizar fechamento da válvula Realizar fechamento da válvula 22..
Visualize o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
Visualize o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“Notebook” localizada dentro do painel de visualização no canto superior
“Notebook” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo daesquerdo da
Tela
Tela, conforme a Figura 7, conforme a Figura 7. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.
Figura
Figura 77 — Visualização do notebook Visualização do notebook no no ssimulador Algetecimulador Algetec..
Ligue o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse no botão indicado abaixo
Ligue o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse no botão indicado abaixo, ilustrado , ilustrado na Figura 8na Figura 8..
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Figura
Figura 88 –– Ligar no notebookLigar no notebook no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Habilite a bomba P1 clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “Habilitar P1”
Habilite a bomba P1 clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “Habilitar P1”, , conforme ilustra a Figura 9conforme ilustra a Figura 9..
Figura 9
Figura 9 –– Ligar no Ligar no bomba P1bomba P1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Visualize o tanque 1 clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
Visualize o tanque 1 clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“Tanque 1” ou através do atalho do teclado “Alt+4”
“Tanque 1” ou através do atalho do teclado “Alt+4”, conforme ilustra a Figura 10, conforme ilustra a Figura 10..
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Figura 10
Figura 10 –– Visualização do tanque 1Visualização do tanque 1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Visualize o nível de
Visualize o nível de fluido no tanque clicando com o botão esquerdo do mouse sobrefluido no tanque clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eleele, , conforme ilustra a Figura 11conforme ilustra a Figura 11..
Figura 11
Figura 11 –– Visualização do nível do tanque 1Visualização do nível do tanque 1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Visualize toda a graduação do tanque navegando pela barra de rolagem
Visualize toda a graduação do tanque navegando pela barra de rolagem, conforme ilustra a, conforme ilustra a Figura 12Figura 12. Observe o nível. Observe o nível do líquido no tanque. Guarde esse valor.do líquido no tanque. Guarde esse valor.
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Figura 12
Figura 12 –– Visualização da graduação do nível do tanque 1Visualização da graduação do nível do tanque 1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Retorne para o sistema supervisório clicando com o botão esquerdo do mouse na
Retorne para o sistema supervisório clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com câmera com o nome o nome “Notebook” ou através do atalho do teclado “Alt+2”“Notebook” ou através do atalho do teclado “Alt+2”, conforme a Figura 13, conforme a Figura 13..
Figura 13
Figura 13 –– Retornar ao supervisório Retornar ao supervisório no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Insira um valor para o degrau entre 40% (40.0) e 60% (60.0) clicando com o botão
Insira um valor para o degrau entre 40% (40.0) e 60% (60.0) clicando com o botão esquerdo do esquerdo do mouse na caixa de entrada imouse na caixa de entrada indicada abaixo e entre com o valor escolhidondicada abaixo e entre com o valor escolhido pelo teclado pelo teclado numériconumérico, conforme a Figura 14, conforme a Figura 14..
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Figura 14
Figura 14 –– Inserir um degrauInserir um degrau no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Acesse a aba de registro clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “Registro”
Acesse a aba de registro clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “Registro”, conforme , conforme ilustra a ilustra a Figura 15Figura 15..
Figura 15
Figura 15 –– Acesso a aba de registro Acesso a aba de registro no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Visualize os gráficos da variável do processo e da manipulação
Visualize os gráficos da variável do processo e da manipulação, conforme ilustra a Figura 16., conforme ilustra a Figura 16.
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Figura 16
Figura 16 –– Visualização das variáveis de processoVisualização das variáveis de processo no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Observe o
Observe o nível de fluido no tanque 1 e, quando a sua estabilização for alcançada,nível de fluido no tanque 1 e, quando a sua estabilização for alcançada, observe observe novamente os gráficos e analise suas informaçõesnovamente os gráficos e analise suas informações, conforme a Figura 17, conforme a Figura 17..
Figura 17
Figura 17 –– Visualização do nível do tanque 1Visualização do nível do tanque 1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
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Avaliando os resultados:
Após essas etapas,
Após essas etapas, responda:responda:
1. Antes do degrau ser aplicado no atuador, qual o valor do nível no tanque?
1. Antes do degrau ser aplicado no atuador, qual o valor do nível no tanque?
2. Qual foi o degrau aplicado na bomba? Qual foi o valor do nível em regime
2. Qual foi o degrau aplicado na bomba? Qual foi o valor do nível em regime permanente para permanente para esse degrau? Qual é o ganho da malha de nível (Lembrando que seesse degrau? Qual é o ganho da malha de nível (Lembrando que se você utilizarvocê utilizar 20% do valor 20% do valor deve colocar no cálculo 0,2).deve colocar no cálculo 0,2).
3. Qual a diferença de tempo entre o instante que o degrau foi aplicado e o valor em
3. Qual a diferença de tempo entre o instante que o degrau foi aplicado e o valor em que a que a variável do processo começou a ser modificada?variável do processo começou a ser modificada?
4. Qual a constante de tempo que pode ser encontrada ao analisar o gráfico
4. Qual a constante de tempo que pode ser encontrada ao analisar o gráfico da variávelda variável dede processo?processo?
5. Escreva qual é a função transferência no domínio do tempo para a malha de nível
5. Escreva qual é a função transferência no domínio do tempo para a malha de nível..
Além das resposta
Além das respostas as perguntass as perguntas, apresente em seu, apresente em seus resus resultados ltados os printsos prints da simulada simulaçãoção, , relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.
Checklist:
✓ Realizar a ambientação com o laboratório virtual;
✓ Realizar o ensaio proposto;
✓ Analisar o funcionamento do sistema.
RESULTADOS Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver). Resultados de Aprendizagem:
Ao final desta atividade prática, o aluno deverá ser capaz de identificar e caracterizar a função de transferência de um sistema de controle de nível utilizando o ambiente de simulação Algetec, compreender a dinâmica de sistemas em malha fechada e avaliar os efeitos do ajuste de ganho sobre estabilidade e desempenho. Espera-se que o aluno consiga, por meio de experimentação, determinar parâmetros fundamentais como o ganho de malha e a constante de tempo, bem como analisar o comportamento da resposta ao degrau e interpretar gráficos de variáveis de processo, consolidando conhecimentos sobre controle de sistemas e análise de desempenho em simulações realistas.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2
NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas
Unidade: 3 – Análise da estabilidade de sistemas de controle
Aula: 2 – Diagrama de Bode e lugar das raízes
OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática:
Obter a margem de ganho de um sistema e verificar se ele é estável e obter o gráfico do lugar das raízes.
SOLUÇÃO DIGITAL: Octave
O GNU Octave é um software livre, compatível com a linguagem de programação MATLAB, amplamente utilizado para modelagem, simulação e controle de sistemas. Ele é uma ferramenta poderosa para análise numérica e desenvolvimento de algoritmos, permitindo que os usuários realizem cálculos complexos, resolvam sistemas de equações, e implementem técnicas de controle de sistemas. A versão online do Octave oferece uma plataforma acessível via navegador, sem a necessidade de instalação local, o que facilita o acesso e a utilização em diferentes dispositivos. Essa versão mantém a maioria das funcionalidades da versão desktop, incluindo a capacidade de escrever e executar scripts, criar gráficos, e realizar simulações de sistemas dinâmicos.
O Octave é especialmente útil na área de controle de sistemas, pois permite a implementação de controladores como PID, análise de respostas de sistemas no domínio do tempo e da frequência, e projetos baseados em métodos como o lugar das raízes ou diagramas de Bode. Sua compatibilidade com MATLAB significa que scripts e funções criados em uma linguagem podem ser, em grande parte, utilizados na outra, facilitando a colaboração e a troca de conhecimento entre profissionais que utilizam essas ferramentas
O procedimento utiliza a versão online do software (https://octave-online.net/), porém, caso não consiga acesso, você pode fazer o download do software e instalá-lo em sua máquia por meio do site oficial https://octave.org/download. Uma vez instalado o software, é necessário instalar o pacote de controle, para isso digite o comando ‘pkg install -forge control’ na janela de comandos e depois carregue o pacote com o comando ‘pkg load control’. Para abrir um novo script utilize o atalho ‘ctrl+N’.
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PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Estabilidade e diagrama de Bode
Atividade proposta: Obtenção da margem de ganho de um sistema em malha fechada.
Procedimentos para a realização da atividade:
Abra seu navegador de internet e vá para o endereço https://octave-online.net/. Ao acessar o site, você verá uma tela semelhante à Figura 1, onde há um painel de comandos central e um menu à direita.
Figura 1 – Acesso ao GNU Octave on-line.
Na tela central, você verá o “Octave Command Prompt”, onde pode digitar comandos diretamente e pressionar “Enter” para executá-los. No lado direito da tela, há opções para fazer login usando sua conta do Google ou um e-mail. Fazer login permite que você salve seus scripts e projetos, por isso a sugestão é que você realize o login. Ainda, você pode personalizar o tema ou o layout da interface clicando em “Change Theme” ou “Change/Reset Layout” no menu à direita conforme ilustra a Figura 2.
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Figura 2 – Alteração de Tema do GNU Octave.
Ins
Insira o ira o no prompt do Octave no prompt do Octave o o sistema abaixosistema abaixo, que, que se encontra em malha se encontra em malha ababeertarta com com retroalimentação unitária e um ganho Kretroalimentação unitária e um ganho K::
𝑮𝑴𝑨=𝒔𝟐−𝟐𝒔+𝟏𝟎𝒔𝟑+𝟓𝒔𝟐+𝟖𝒔+𝟔
Para isso, utilize o
Para isso, utilize os seguintes comandos:s seguintes comandos: num = [1 num = [1 –2 10]2 10] den = [1 5 8 6]den = [1 5 8 6] sys1 = tf(num,den);sys1 = tf(num,den);
U
Utilizando tilizando ‘‘bode(bode(sys1sys1))’’ obteobtenha o dianha o diagrama de Bode do sistemagrama de Bode do sistema eem quesm questão. Utilize tamtão. Utilize também obém o ccomando omando ‘‘marginmargin((sys1sys1))’’, para avaliar as margens de ganho e fase, para avaliar as margens de ganho e fase, e aprese, e apresente os valores obtidos nte os valores obtidos em seus resuem seus resultados.ltados. ConclConclua sobre a ua sobre a estabilidadeestabilidade do do sistemasistema..
A
Apliqueplique um degrau unitário um degrau unitário (função (função ‘‘step(step(sys1sys1))’’) ) no sistema no sistema e e avalieavalie sua estabilidade. sua estabilidade. AApresente presente a resposta em seus a resposta em seus resultadosresultados..
Apliqu
Aplique sobre o sistema o e sobre o sistema o gaganho referente a margem de ganhonho referente a margem de ganho, o coloq, o coloque em ue em malmalha fechada ha fechada (função (função ‘‘feedback(sys,1)feedback(sys,1)’’)) e avalie avalie a nova resposta ao degrau. e a nova resposta ao degrau. CConclua se o sistema se onclua se o sistema se tornou tornou marginalmente estável. marginalmente estável. AApresente presente a resposta em seus a resposta em seus resultadosresultados..
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Lembrando que c
Lembrando que com o valor que você obteve na margem de ganho em decibéis, om o valor que você obteve na margem de ganho em decibéis, é é necessário necessário convertêconvertê–lo paralo para adimensional (lembreadimensional (lembre–sese que um valor K eque um valor K em decibéis é dado pela fórmum decibéis é dado pela fórmulala 20∙log ሺሺ𝐾ሻሻ [𝑑𝐵])). . Exemplo: digamos que a margem de ganho foi de 5dB. Então, para converter para Exemplo: digamos que a margem de ganho foi de 5dB. Então, para converter para adimensional, fazemosadimensional, fazemos 10520. . Além disso,Além disso, é importante que é importante que vocêvocê realize realize uma peuma pesquisa sobre o squisa sobre o uso dos comandos no Octave caso tenha duso dos comandos no Octave caso tenha dúvida na utilizaçãoúvida na utilização de algum dede algum deles.les.
Avaliando os resultados:
A
Apresente em seupresente em seus resus resultados ltados os printsos prints da simulada simulaçãoção, relatando detalhadamente cada etapa , relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostosrealizada e a resolução dos questionamentos propostos sobresobre a estabila estabilidadeidade.. Não Não se esqueça se esqueça de apresentar e explicar tde apresentar e explicar todos os gráficos obtidos, bem como os comandos digitaodos os gráficos obtidos, bem como os comandos digitados no dos no propromptmpt..
Checklist:
✓ Acesse o Octave;
✓ Declare a função de transferência do sistema;
✓ Obtenha o diagrama de bode, as margens de ganho e de fase;
✓ Aplique o degrau ao sistema em malha aberta;
✓ Conclua sobre a estabilidade do sistema;
✓ Aplique o ganho da margem de ganho no sistema e o coloque em malha fechada;
✓ Analise a nova resposta ao degrau em relação a estabilidade.
RESULTADOS Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver). Resultados de Aprendizagem:
Nesta aula prática, os alunos aprenderão a analisar a estabilidade de um sistema em malha aberta com retroalimentação unitária utilizando o Octave, aplicando comandos para obter o diagrama de Bode, calcular margens de ganho e fase e observar a resposta ao degrau do sistema. Eles serão capacitados a converter valores de margem de ganho de decibéis para valores adimensionais, aplicando este ganho em malha fechada para avaliar a nova resposta ao degrau e verificar a condição de estabilidade marginal do sistema. Essa prática promove a compreensão sobre análise de estabilidade e ajustes de ganho em sistemas de controle.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3
NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas
Unidade: 4 – Projeto de controladores
Aula: 2 – Controladores PID
OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática:
Conhecer os métodos de sintonia de um PID. Saber identificar qual o melhor controle para os tipos de malhas. Saber utilizar os parâmetros da malha para realizar a sintonia de um controlador.
SOLUÇÃO DIGITAL: Laboratório Virtual Algetec
Exatas > Práticas Específicas de Eng. Elétrica > Controle: Controle de Processos Industriais – Sintonia de PID – ID 164
Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico da instituição de ensino, que passam por todos os laboratórios das engenharias e saúde e seguem com alto grau de fidelização os experimentos realizados nos equipamentos físicos da ALGETEC. Nesta plataforma, o aluno poderá aprender, através de uma linguagem moderna, todos os conceitos das aulas práticas de uma determinada disciplina.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Sintonia de Controladores PID
Atividade proposta: Utilizar a bancada de controle de processos industriais para analisar os parâmetros de uma malha de nível para realizar a sintonia de um controlador PID.
Procedimentos para a realização da atividade:
Neste experimento, você irá aprender sobre a importância do controle de processos e como o controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) pode contribuir para garantir a estabilidade e o desempenho de sistemas industriais. O controlador PID é amplamente utilizado devido à sua simplicidade e eficácia, sendo aplicável em diversas áreas, como controle de temperatura, pressão, fluxo e posição.
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O projeto de controladores PID pode ser realizado utilizando diferentes técnicas. Uma das abordagens é o método de Bode, que se baseia na análise da resposta em frequência do sistema. Através dessa técnica, é possível ajustar os parâmetros do controlador para atender a especificações de margem de ganho e de fase, garantindo assim a estabilidade e o desempenho desejado do sistema. Este método é ideal para situações onde a modelagem matemática do sistema é bem compreendida e precisa.
Outra técnica prática e amplamente utilizada para a sintonia de controladores PID é o método empírico de Ziegler-Nichols. Este método não requer uma modelagem detalhada do sistema, mas sim a observação da resposta do sistema em malha fechada. A partir desta resposta, os parâmetros do controlador podem ser ajustados para fornecer um desempenho adequado. Embora o método de Ziegler-Nichols possa não oferecer a precisão de métodos baseados em modelos, ele é extremamente útil em situações onde a modelagem do processo é complexa ou incerta.
A sintonia é feita através de valores tabelados para os parâmetros do controlador. Existem diversos métodos empíricos, mas foi utilizado o método de ZieglerNichols. Segundo Campos e Teixeira (2006) o primeiro trabalho a propor uma simples sintonia de controladores PID, foi o de Ziegler e Nichols (1942). Neste trabalho eles propuseram valores tabelados dos parâmetros dos controladores, sendo os mesmos em função do modelo de primeira ordem com tempo morto.
Corripio (1990) considera o método de Ziegler e Nichols (ZN) indicado para controlar plantas com um pequeno valor de tempo morto, pois se a função de transferência apresentar grandes valores de tempo morto essa sintonia levara o sistema a instabilidade. Sendo a planta:
𝑔ሺ𝑡ሻ=𝑔0+𝐾ሺ1−𝑒−ሺ𝑡−𝜃ሻ/𝜏ሻ
onde:
𝑔(𝑡) → Função de transferência no domínio do tempo;
𝑡 → Tempo [s];
𝑔0 → Valor inicial;
𝐾 → Ganho da planta;
θ → Atraso [s];
𝜏 → Constante de tempo.
A tabela a seguir apresenta a sintonia do controlador em função de
A tabela a seguir apresenta a sintonia do controlador em função de parâmetros de uma função parâmetros de uma função de primeira ordemde primeira ordem..
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Figura 1
Figura 1 –– Parâmetros de controlador de sistemas de primeira ordem, por ZieglerParâmetros de controlador de sistemas de primeira ordem, por Ziegler–Nichols.Nichols.
Ao lo
Ao longo desta ngo desta atividade atividade prática, você experimentará o projeto de controladores PID utilizando o prática, você experimentará o projeto de controladores PID utilizando o método de sintonia por Zieglermétodo de sintonia por Ziegler–Nichols. O objetivo é proporcionar uma compreensão profunda Nichols. O objetivo é proporcionar uma compreensão profunda das vantagens e limitações, permitindo que você das vantagens e limitações, permitindo que você compreenda como realizar compreenda como realizar o projeto de o projeto de controladores para controladores para diferentes tipos de processos industriaisdiferentes tipos de processos industriais..
Etapa 1: compreendendo o experimento
No Algetec, acessar o item Exatas Práticas de Eng. Elétrica
No Algetec, acessar o item Exatas Práticas de Eng. Elétrica → ControleControle de Processos Industriaisde Processos Industriais: : Sintonia de PIDSintonia de PID, conforme a Figura 2. , conforme a Figura 2. Esses laboratórios virtuais são projetados para Esses laboratórios virtuais são projetados para complementar o ensino teórico com complementar o ensino teórico com práticas simuladas, permitindo que os estudantes realizem práticas simuladas, permitindo que os estudantes realizem experimentos em um ambiente controlado e seguro. A Algetec oferece uma ampla gama de experimentos em um ambiente controlado e seguro. A Algetec oferece uma ampla gama de práticas roteirizadas que seguem o plano pedagógico das instituições de ensino, garantindo uma práticas roteirizadas que seguem o plano pedagógico das instituições de ensino, garantindo uma alta fidelidade aoalta fidelidade aos experimentos realizados em equipamentos físicos. Isso permite que os alunos s experimentos realizados em equipamentos físicos. Isso permite que os alunos desenvolvam habilidades práticas e teóricas de maneira integrada.desenvolvam habilidades práticas e teóricas de maneira integrada.
Figura 2
Figura 2 –– Acesso ao laboratório para a prática sobre controle e sintonia de PID.Acesso ao laboratório para a prática sobre controle e sintonia de PID.
Faça um tour pelos menus das barras laterais, para conhecer toda a interface da bancada e do
Faça um tour pelos menus das barras laterais, para conhecer toda a interface da bancada e do laboratório. laboratório. Os simuladores são ferramentas educacionais que replicam o comportamento de Os simuladores são ferramentas educacionais que replicam o comportamento de sistemas e equipamentos reais. No contexto dos laboratórios virtuais da Alsistemas e equipamentos reais. No contexto dos laboratórios virtuais da Algetec, os simuladores getec, os simuladores permitem que os estudantes interajam com modelos detalhados de equipamentos e sistemas permitem que os estudantes interajam com modelos detalhados de equipamentos e sistemas elétricos, mecânicos e de outras áreas.elétricos, mecânicos e de outras áreas. A Figura 3 ilustra uma visão geral sobre o laboratório.A Figura 3 ilustra uma visão geral sobre o laboratório.
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Figura 3
Figura 3 –– Visão geral do laboratório de controle dVisão geral do laboratório de controle de sistemas.e sistemas.
Identifique as válvulas 2, 6 e 7 passando o mouse sobre elas
Identifique as válvulas 2, 6 e 7 passando o mouse sobre elas conforme ilustra conforme ilustra a Figura 4a Figura 4.. A A imagem mostra uma bancada de controle de nível, com vários componentes de um sistema de imagem mostra uma bancada de controle de nível, com vários componentes de um sistema de controle de processos. Na parte frontal, há um painel elétricocontrole de processos. Na parte frontal, há um painel elétrico de comando com botões de controle de comando com botões de controle e indicadores, à direita, um notebook está conectado ao sistema. No centro, há dois tanques e indicadores, à direita, um notebook está conectado ao sistema. No centro, há dois tanques transparentes de diferentes tamanhos, conectados por tubulações e válvulas. Na parte inferior transparentes de diferentes tamanhos, conectados por tubulações e válvulas. Na parte inferior esquerda, uma bomba é conectada ao esquerda, uma bomba é conectada ao sistema de tubulações. sistema de tubulações.
Figura 4
Figura 4 –– Tela de início para o experimento prático.Tela de início para o experimento prático.
Feche a válvula 7 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
Feche a válvula 7 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
“Fechar válvula”
“Fechar válvula”, conforme ilustra a Figura 5, conforme ilustra a Figura 5..
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Figura 5
Figura 5 –– Realizar fechamento da válvula 7Realizar fechamento da válvula 7..
Feche a válvula
Feche a válvula 66 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opçãoclicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção “Fechar “Fechar válvula”válvula”, conforme ilustra a Figura 6, conforme ilustra a Figura 6..
Figura 6
Figura 6 –– Realizar fechamento da válvula 6.Realizar fechamento da válvula 6.
Feche a válvula
Feche a válvula 22 clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opçãoclicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecione a opção
“Fechar válvula”
“Fechar válvula”, conforme ilustra a Figura 7, conforme ilustra a Figura 7..
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Figura 7
Figura 7 –– Realizar fechamento da válvula 2.Realizar fechamento da válvula 2.
Visualize o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
Visualize o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Notebook” l“Notebook” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo daocalizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da TelaTela, , conforme a Figura 8conforme a Figura 8. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.
Figura 8
Figura 8 — Visualização do notebook Visualização do notebook no no ssimulador Algetecimulador Algetec..
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Ligue o
Ligue o notebook clicando com o botão esquerdo do mouse no botão indicado abaixonotebook clicando com o botão esquerdo do mouse no botão indicado abaixo, ilustrado , ilustrado na Figura 9na Figura 9..
Figura 9
Figura 9 –– Ligar no notebookLigar no notebook no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
É possível a
É possível aproximproximarar a visualização da tela do notebook seguindo as recomendaçõesa visualização da tela do notebook seguindo as recomendações indicadas indicadas conforme ilustconforme ilustra a Figura 10ra a Figura 10..
Figura 10
Figura 10 –– SupervisórioSupervisório no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
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Público
Defina o valor do setpoint LT102 para 15 cm clicando no espaço indicado e digitando o
Defina o valor do setpoint LT102 para 15 cm clicando no espaço indicado e digitando o
valor com o teclado
valor com o teclado, conforme ilustra a Figura 11, conforme ilustra a Figura 11..
Figura 11
Figura 11 –– Definir valor de setpointDefinir valor de setpoint no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Sabendo que a função de transferência da malha de nível é dada por:
Sabendo que a função de transferência da malha de nível é dada por: 𝑔ሺሺ𝑡ሻሻ=28,2ሺ1−𝑒−ሺ𝑡−1ሻ/86ሻ
Realize os cálculos necessários
Realize os cálculos necessários para preencher os dados do controlador usando Zieglerpara preencher os dados do controlador usando Ziegler–Nichols, e preencha a tabela a seguirNichols, e preencha a tabela a seguir..
Figura 12
Figura 12 –– ParâParâmetros do controlador utilizando Ziegler e Nichols (ZN)metros do controlador utilizando Ziegler e Nichols (ZN)..
Após o projeto do controlador, a
Após o projeto do controlador, acesse a tela de controle clicando no ícone indicado com o botão cesse a tela de controle clicando no ícone indicado com o botão esquerdo do mouseesquerdo do mouse,, conforme a Figura 13conforme a Figura 13..
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Figura 13
Figura 13 –– Controle Controle no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Escolha a
Escolha a opção “Controlar LT102” clicando no menu de opções com o botão direito doopção “Controlar LT102” clicando no menu de opções com o botão direito do mouse mouse e selecionando a opção indicadae selecionando a opção indicada, conforme a Figura 14, conforme a Figura 14..
Figura 14
Figura 14 –– Controlar LT102 Controlar LT102 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Insira os valores de ganho proporcional, tempo integrativo e tempo de
Insira os valores de ganho proporcional, tempo integrativo e tempo derivativo de acordorivativo de acordo com a com a tabela preenchidas no passo anteriortabela preenchidas no passo anterior, conforme ilustra a Figura 15, conforme ilustra a Figura 15..
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Figura 15
Figura 15 –– Parametrização do controlador Parametrização do controlador no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Observação
Observação: Esses valores são hipotéticos, serviram apenas para ilustrar a ação.: Esses valores são hipotéticos, serviram apenas para ilustrar a ação. Retorne a Retorne a visualvisualização para a tela da Planta do supervisório clicando no ícone indicadoização para a tela da Planta do supervisório clicando no ícone indicado com o botão com o botão esquerdo do mouseesquerdo do mouse, conforme ilustra a Figura 16., conforme ilustra a Figura 16.
Figura 16
Figura 16 –– Retorne a visualização da plantaRetorne a visualização da planta no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Habilite a bomba centrífuga 1 clicando no ícone
Habilite a bomba centrífuga 1 clicando no ícone indicado com o botão esquerdo doindicado com o botão esquerdo do mousemouse, , conforme a Figura 17conforme a Figura 17..
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Público
Figura 17
Figura 17 –– Habilitar bomba P1Habilitar bomba P1 no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
Visualize o comportamento da variável de processo e da variável manipulada clicando
Visualize o comportamento da variável de processo e da variável manipulada clicando no ícone no ícone indicado com o botão esquerdo do mouse.indicado com o botão esquerdo do mouse. É posÉ possível ter uma visualização mais detalhada do sível ter uma visualização mais detalhada do comportamento das variáveiscomportamento das variáveis selecionando a área que você deseja visualizar. Preencha os selecionando a área que você deseja visualizar. Preencha os dados de acordo com a áreadados de acordo com a área que deseja observar em relação a X e/ou Yque deseja observar em relação a X e/ou Y, conforme ilustra a , conforme ilustra a Figura 18.Figura 18.
Figura 18
Figura 18 –– VisualizaçãVisualização detalhadao detalhada no no ssimulador Algeteimulador Algetec.c.
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Avaliando os resultados:
Após essas etapas, responda:
Após essas etapas, responda:
1.
1. Quais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanenteQuais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanente encontrado encontrado na na sintonia de PID utilizada nestasintonia de PID utilizada nesta prática?prática?
2.
2. Discorra em que implicaria as alterações dos parâmetros Kp,Discorra em que implicaria as alterações dos parâmetros Kp, Ti e TdTi e Td..
Além das resposta
Além das respostas as perguntass as perguntas, apresente em seu, apresente em seus resus resultados ltados os printsos prints da simulada simulaçãoção, , relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.
Checklist:
✓ Realizar a ambientação com o laboratório virtual;
✓ Realizar o ensaio proposto;
✓ Analisar o funcionamento do sistema.
RESULTADOS Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver). Resultados de Aprendizagem:
Ao final desta prática, os alunos terão desenvolvido competências para projetar e sintonizar controladores PID aplicados a processos industriais, compreendendo como diferentes técnicas, como o método de Bode e o método empírico de Ziegler-Nichols, podem ajustar os parâmetros do controlador para alcançar estabilidade e desempenho adequados. Além disso, terão adquirido habilidades práticas no uso de laboratórios virtuais para controle de processos, configurando parâmetros de simulação e observando a resposta dinâmica do sistema, o que facilita a visualização e a análise de variáveis de processo e manipuladas em cenários simulados.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4
NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas
Unidade: 4 – Projeto de controladores
Aula: 3 – Utilização de software para projeto de controladores
OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática:
Conhecer o primeiro método de Ziegler-Nichols para sintonia de um PID. Saber analisar a curva de reação para uma resposta ao degrau. Saber utilizar os parâmetros da malha para realizar a sintonia de um controlador.
SOLUÇÃO DIGITAL: Octave
O GNU Octave é um software livre, compatível com a linguagem de programação MATLAB, amplamente utilizado para modelagem, simulação e controle de sistemas. Ele é uma ferramenta poderosa para análise numérica e desenvolvimento de algoritmos, permitindo que os usuários realizem cálculos complexos, resolvam sistemas de equações, e implementem técnicas de controle de sistemas. A versão online do Octave oferece uma plataforma acessível via navegador, sem a necessidade de instalação local, o que facilita o acesso e a utilização em diferentes dispositivos. Essa versão mantém a maioria das funcionalidades da versão desktop, incluindo a capacidade de escrever e executar scripts, criar gráficos, e realizar simulações de sistemas dinâmicos.
O Octave é especialmente útil na área de controle de sistemas, pois permite a implementação de controladores como PID, análise de respostas de sistemas no domínio do tempo e da frequência, e projetos baseados em métodos como o lugar das raízes ou diagramas de Bode. Sua compatibilidade com MATLAB significa que scripts e funções criados em uma linguagem podem ser, em grande parte, utilizados na outra, facilitando a colaboração e a troca de conhecimento entre profissionais que utilizam essas ferramentas
O procedimento utiliza a versão online do software (https://octave-online.net/), porém, caso não consiga acesso, você pode fazer o download do software e instalá-lo em sua máquia por meio do site oficial https://octave.org/download. Uma vez instalado o software, é necessário instalar o pacote de controle, para isso digite o comando ‘pkg install -forge control’ na janela de comandos e depois carregue o pacote com o comando ‘pkg load control’. Para abrir um novo script utilize o atalho ‘ctrl+N’.
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PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Controladores P, PI e PID
Atividade proposta: Realizar o projeto de implementação de controladores P, PI e PID.
Procedimentos para a realização da atividade:
Abra seu navegador de internet e vá para o endereço
Abra seu navegador de internet e vá para o endereço https://octavehttps://octave–online.net/online.net/.. Ao acessar o site, Ao acessar o site, você verá uma tevocê verá uma tela semelhante à la semelhante à Figura 1Figura 1, onde há um painel de comandos central e um menu , onde há um painel de comandos central e um menu à direita.à direita.
Figura 1
Figura 1 –– Acesso ao GNU Octave onAcesso ao GNU Octave on–line.line.
Na tela central, você verá o “Octave Command Prompt”, onde pode digitar comandos diretamente
Na tela central, você verá o “Octave Command Prompt”, onde pode digitar comandos diretamente e pressionar “Enter” para e pressionar “Enter” para executáexecutá–los.los. No lado direito da tela, há opções para fazer login usando No lado direito da tela, há opções para fazer login usando sua conta do Google ou um esua conta do Google ou um e–mail. Fazer login permite que você salve seus mail. Fazer login permite que você salve seus scriptsscripts e projetose projetos, , por isso a sugestão é que você realize o login. Ainda, vpor isso a sugestão é que você realize o login. Ainda, você pode personalizar o tema ou o ocê pode personalizar o tema ou o layout layout da interface clicando em “Change Theme” ou “Change/Reset Layout” no menu à direitada interface clicando em “Change Theme” ou “Change/Reset Layout” no menu à direita conforme conforme ilustra a Figura 2ilustra a Figura 2..
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Figura 2
Figura 2 –– Alteração de Tema do GNU Octave.Alteração de Tema do GNU Octave.
Após feito o login, escolha a opção “Create empty file”, para criar um novo
Após feito o login, escolha a opção “Create empty file”, para criar um novo scriptscript, conform, conforme ilustra e ilustra a Figura 3a Figura 3..
Figura 3
Figura 3 –– Criar novo Criar novo scriptscript..
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Você deve realizar a implementação de um controle P, PI e PID utilizando o primeiro método de
Você deve realizar a implementação de um controle P, PI e PID utilizando o primeiro método de ZieglerZiegler–Nichols. A função de transferência do sistema é dado por:Nichols. A função de transferência do sistema é dado por:
𝐻ሺሺ𝑠ሻሻ=1𝑠3+5.6𝑠2+2.5𝑠+1
O
O scriptscript a seguir pode ser utilizado para estimar o valor do a seguir pode ser utilizado para estimar o valor do atrasatrasoo 𝐿 ee a constante de tempo do a constante de tempo do sistemasistema 𝑇. A Figura 4 ilustra a implementação.. A Figura 4 ilustra a implementação.
% Sintonia por Ziegler
% Sintonia por Ziegler–Nichols M1 Nichols M1
clear;clc;close all;
clear;clc;close all;
num =[1];
num =[1];
den=[1 5.6 2.5 1]; %5s^2+6s+1
den=[1 5.6 2.5 1]; %5s^2+6s+1
sys =tf(num, den)
sys =tf(num, den)
% [
% [mg mf wmg wmf]=margin (sys);mg mf wmg wmf]=margin (sys);
step(sys)
step(sys)
dt =0.005;
dt =0.005;
t=0:dt:30;
t=0:dt:30;
y=step(sys,t); % resp degrau
y=step(sys,t); % resp degrau
dy=diff(y)/dt; %derivada
dy=diff(y)/dt; %derivada
[m,p]=max(dy); %ponto inflexao
[m,p]=max(dy); %ponto inflexao
d2y=diff(dy)/dt; % derivada segunda
d2y=diff(dy)/dt; % derivada segunda
yi=y(p);
yi=y(p);
ti=t(p);
ti=t(p);
L=ti
L=ti–yi/m % retardoyi/m % retardo
T=(y(end)
T=(y(end)–yi)/m+tiyi)/m+ti–LL
plot(
plot(t,y,’b’, [0 L L+T t(end)],[0 0 y(end) y(end)], ‘k’)t,y,’b’, [0 L L+T t(end)],[0 0 y(end) y(end)], ‘k’)
axis([0 30
axis([0 30 –0.2 1.2])0.2 1.2])
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Figura 4
Figura 4 –– Estimar os parâmetros L e T.Estimar os parâmetros L e T.
De posse dos parâmetros L e T, realize o projeto dos controladores P, PI e PID calculando os
De posse dos parâmetros L e T, realize o projeto dos controladores P, PI e PID calculando os parâmetros Kp, Ti e Td e preenchendo a tabelaparâmetros Kp, Ti e Td e preenchendo a tabela da Figura 5.da Figura 5.
Figura 5
Figura 5 –– Parâmetros do controlador utilizando Ziegler e Nichols (ZN)Parâmetros do controlador utilizando Ziegler e Nichols (ZN)..
De posse do valor de Kp, é possível calcular os ganhos
De posse do valor de Kp, é possível calcular os ganhos 𝐾𝑖=𝐾𝑝/𝑇𝑖, e , e 𝐾𝑑=𝐾𝑝𝑇𝑑. Os referidos . Os referidos ganhos podem ser substuidos no ganhos podem ser substuidos no scriptscript a seguir, responsável por plotar a resposta em malha a seguir, responsável por plotar a resposta em malha fechada dos controladores. fechada dos controladores. ObservaçãoObservação: : oos valores s valores dos ganhos no dos ganhos no scriptscript são hipotéticos, são hipotéticos, serviram apenas para ilustrar a ação.serviram apenas para ilustrar a ação.
clear;clc;close
clear;clc;close all;all;
num =[1];
num =[1];
den=[1 5.6 2.5 1]; %5s^2+6s+1
den=[1 5.6 2.5 1]; %5s^2+6s+1
sys =tf(num, den)
sys =tf(num, den)
dt =0.005;
dt =0.005;
t=0:dt:
t=0:dt:660; %vetor tempo0; %vetor tempo
y=step(sys,t); % resp degrau
y=step(sys,t); % resp degrau
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% Controlador P
% Controlador P
Kp=100;
Kp=100;
Ki=0;
Ki=0;
Kd=0;
Kd=0;
G1=pid(Kp,Ki,Kd)
G1=pid(Kp,Ki,Kd)
H=[1];
H=[1];
M1=feedback(sys*G1,H)
M1=feedback(sys*G1,H)
y1=step(M1,t);
y1=step(M1,t);
% Controlador PI
% Controlador PI
Kp=100;
Kp=100;
Ki=
Ki=10;10;
Kd=0;
Kd=0;
G2=pid(Kp,Ki,Kd)
G2=pid(Kp,Ki,Kd)
H=[1];
H=[1];
M2=feedback(sys*G2,H)
M2=feedback(sys*G2,H)
y2=step(M2,t);
y2=step(M2,t);
% Controlador PID
% Controlador PID
Kp=100;
Kp=100;
Ki=10;
Ki=10;
Kd=1;
Kd=1;
G3=pid(Kp,Ki,Kd)
G3=pid(Kp,Ki,Kd)
H=[1];
H=[1];
M3=feedback(sys*G3,H)
M3=feedback(sys*G3,H)
y3=step(M3,t);
y3=step(M3,t);
%Plotagem
%Plotagem
figure(1)
figure(1)
plot(t,y) %Resp. degrau
plot(t,y) %Resp. degrau
hold on;
hold on;
plot(t,y1) %
plot(t,y1) %Controlador PControlador P
hold on;
hold on;
plot(t,y2) %Controlador PI
plot(t,y2) %Controlador PI
hold on;
hold on;
plot(t,y3) %Controlador PID
plot(t,y3) %Controlador PID
legend(‘Degrau’,’P’,’PI’,’PID’)
legend(‘Degrau’,’P’,’PI’,’PID’)
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Após a inserção dos v
Após a inserção dos valores dos ganhos, as repostas dos controladores serão plotadas, conforme alores dos ganhos, as repostas dos controladores serão plotadas, conforme ilustra a Figura 6.ilustra a Figura 6.
Figura 6
Figura 6 –– Resposta dos controladores.Resposta dos controladores.
No código, é possível realizar a plotagem apenas do controlador desejado. Por exemplo, o
No código, é possível realizar a plotagem apenas do controlador desejado. Por exemplo, o controlador PID obteve a melhor resposta, portanto realizacontrolador PID obteve a melhor resposta, portanto realiza–se a plotagem da resposta ao degrau se a plotagem da resposta ao degrau e do controlador PID, conforme e do controlador PID, conforme ilustra a Figura 7.ilustra a Figura 7.
Figura 7
Figura 7 –– Resposta do controlador PID.Resposta do controlador PID.
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Avaliando os resultados:
Após essas etapas, responda:
Após essas etapas, responda:
1.
1. Quais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanenteQuais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanente encontrado encontrado em em cada cada sintonia de sintonia de controladores controladores utilizada nestautilizada nesta prática?prática?
2.
2. Discorra como podeDiscorra como poderíamos reduzir o sobressinal do controlador PIDríamos reduzir o sobressinal do controlador PID..
Além das resposta
Além das respostas as perguntass as perguntas, apresente em seu, apresente em seus resus resultados ltados os printsos prints da simulada simulaçãoção, , relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.
Checklist:
✓ Realizar a ambientação com o ambiente computacional;
✓ Realizar o ensaio proposto;
✓ Analisar o funcionamento do sistema.
RESULTADOS Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver). Resultados de Aprendizagem:
Ao final desta prática, os alunos terão aprendido a utilizar a plataforma Octave Online para implementar e ajustar controladores P, PI e PID com base na técnica de sintonia de Ziegler-Nichols. Por meio do cálculo dos parâmetros de controle e da análise da resposta em malha fechada, eles desenvolverão habilidades práticas de simulação e análise de sistemas dinâmicos, compreendendo as características de cada tipo de controle e a eficiência da resposta em diferentes configurações de ganho e parâmetros.
