Controlador PID com amplificadores operacionais

Fala galera beleza? No post de hoje, mostraremos um circuito com amplificadores operacionais para o controle PID de temperatura. Mostraremos na prática e, como de praxe, deixaremos para download o esquemático e design da placa de circuito impresso, que será desenvolvida.

Afinal o que é o controle PID?

Nós, do blog EC, já dedicamos um post a respeito deste método de controle. Mas, vale ressaltar, de forma resumida, o que é e para o que serve o tão famoso PID.

O Controle PID é um algoritmo utilizado em controle de processos, de forma a deixar o mesmo muito mais preciso.  Unindo as ações proporcional (minimiza o erro), integral (zera o erro).

Agora que, resumimos o que é o controle PID, vamos ao que interessa: Aos componentes necessários para montagem do circuito e o que fazer para ele funcionar.

Lista de Materiais

2 – Amplificador Operacional LM324

2 – Capacitor 10uF 25V

1 – Transistor TIP31 ou similar

1 – Lâmpada de 12V 5W

1 – Trimpot de 10kΩ

3 – Trimpot de 100kΩ

1 – Resistor de 9k1Ω

3 – Resistor de 1kΩ

8 – Resistor de 10kΩ

1 – Sensor de temperatura LM35

Caso queira montar o circuito em uma placa de circuito impresso, você pode comprar itens adicionais como: uma placa e fenolite face dupla 7 x 7cm, percloreto de ferro e caneta para retroprojetor, além de contar com ferro de solda e estanho, para realizar a solda dos componentes na placa. Vale ressaltar que como este é um circuito, relativamente, mais complexo.A placa será de face dupla. Então, se você tiver dúvidas de como confeccionar, de forma caseira, um circuito em placas de face dupla, recomendo o vídeo do Canal WR Kits do Eng. Wagner Rambo.

Funcionamento e diagrama esquemático

Neste circuito, temos um amplificador, para aumentar o ganho em, aproximadamente, 10 vezes do sinal vindo do sensor LM35 e um amplificador, para ajustar o setpoint do sistema.  Estes são verificados, através de um amplificador diferenciador que, em sua saída, dá o sina l de erro. Esse, que entrará controle PID, formado por três amplificadores, cada um com uma das ações do controle P (proporcional), I (integral), D (derivativa). Logo após, haverá um amplificador com a configuração de somador, para somar os sinais do controle. E, por fim, o sinal é enviado a um amplificador configurado como buffer e a saída, no caso a lâmpada, estará acessa com mais ou menos intensidade. Isso, para que a temperatura fique dentro do setpoint estabelecido.

As constantes de controle Kp, Ki e Kd podem ser ajustadas através dos trimpots. Sendo seus valores obtidos através de equacionamento matemático ou de forma empírica, com alguns métodos para determinar estes valores. Veja mais a respeito, na seguinte postagem.

Nosso objetivo não é demonstrar deduções matemáticas, nem como chegar a estes valores. Deixaremos para você o circuito, que pode ser adaptado a suas necessidades.

Como tenho feito nos posts anteriores, veja o layout da placa de circuito impresso. O mesmo foi criado utilizando o Proteus Professional 8, mais precisamente o ARES.

Para finalizar…

Bom galera, espero que tenham curtido o artigo! Como mencionado acima, o objetivo foi mostrar uma aplicação prática de um controlador PID analógico, que poderá ser adaptado a sua necessidade. Vale ressaltar que, conhecer o comportamento desejado do sistema a ser projetado, auxiliará a você, e muito, em um projeto eficaz e na determinação no valor das constantes.

Como sempre, deixarei para você todos os materiais disponíveis para download. E, caso tenha qualquer dúvida, não deixe de comentar! Terei o prazer de ajudá-lo, no que for possível.

Caso você queira se aprofundar mais no assunto e os detalhes de um projeto de um sistema PI, veja este vídeo bem interessante com todo o passo a passo, para definição das constantes Kp e Ki.

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Muito obrigado e até a próxima!

Yhan Christian

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