Aula 31 - Distúrbios em Processos e Estratégias de Controle

O funcionário de uma empresa que trabalha com diversos fornos é o operador. Ele é orientado por seu supervisor a retirar uma amostra do forno 3 e medir a dureza superficial da peça. 

O operador sabe, por sua experiência, que essa operação instabilizará o controle do forno. Desse modo, tentará fazer a operação de retirada da amostra o mais rápido possível. Nesse procedimento, ele precisa abrir a porta do forno, gerando uma ação não prevista no processo. O evento produzido pela abertura da porta do forno não foi considerado no momento do projeto do controlador, provocando uma oscilação de temperatura de - 20ºC, que acarretou a necessidade de as peças ficarem no forno por mais 30 minutos, gerando desperdício de energia e de tempo. Sendo esse um evento não planejado, ele é classificado como distúrbio.

Caso o forno utilize a estratégia de controle On/Off, poderá ser parametrizada uma histerese de atuação que originará uma atuação menos frequente do atuador. Caso o set point for de 190ºC e a histerese parametrizada no controlador for de 2ºC, significará que a contactora ficará acionada até 192ºC, desligando a partir desse valor e religando em 188ºC.

Caso ocorra que com essa oscilação de 4ºC somada a dinâmica do forno, ultrapassemos os critérios de variação do processo, teremos que recorrer ao controle PID e mudar o atuador do processo. Essa operação poderá ser feita, por exemplo, por meio de um SCR, que servirá para ligar e desligar as resistências. Caso o forno utilize a estratégia de controle PID, não basta ter um controlador que possibilite essa ação, é preciso, também, que o atuador utilizado no sistema contemple a estratégia.

Mas, se for mandatório trabalhar com uma contatora, poderemos parametrizar o tempo total do PWM, tornando menos frequente o acionamento, mas não garantindo a precisão do processo.

No que diz respeito à estratégia de controle PID, a parcela proporcional apenas gera uma saída do controlador proporcional ao erro instantâneo, tendo, na maioria das vezes, a consequência de não eliminar o erro de regime. Em outras palavras, somente com o ganho proporcional não se garante o atendimento contínuo do set point.

Para remover esse erro de regime, necessitamos do termo integral do controlador, que continuará alterando a saída de controle até que o erro chegue a zero, absorvendo qualquer distúrbio ou variação do processo.

O aumento do Kp e Ki, que são os respectivos ganhos da ação proporcional e da integral, nos traz maior velocidade na resposta, mas instabiliza o transitório.

Para aumentar esses parâmetros utilizamos o termo derivativo, que atuará com base na taxa de variação do erro, atuando em mudanças bruscas num futuro próximo e, por consequência, melhorando a resposta do sistema no transitório.

Esse procedimento garantirá a estabilidade do processo enquanto tentamos aumentar a velocidade da resposta. O passo a passo será extremamente prejudicado se houver a presença de algum ruído elétrico, muitas vezes inviabilizando a utilização da ação derivativa ou necessitando de um filtro de ruído.