Desmistificando: Controle PID (Proporcional Integral Derivativo)

Olá meus queridos caiçaras, tudo bem?  Hoje, voltaremos a falar sobre um assunto bastante interessante. Você sabe o que significa a sigla PID? Sabe suas aplicações na área de controle?Acompanhe-me, pois hoje vamos desmistificar esse tema e mostrar que não é um bicho de 7 cabeças …

Antes de tudo, temos que compreender o que é um controle de processo, o que é uma malha fechada e porque utilizar o algoritmo PID.

Sistema de Controle

O sistema de controle tem como principal objetivo, manter o processo dentro dos parâmetros desejados, com o uso de sensores, atuadores e sistemas de computadores projetados para realizar as atividades de maneira segura.  Sendo o processo, no ramo industrial, um conjunto de operações realizadas por um determinado equipamento, ou determinados equipamentos, com pelo menos, uma variável física ou química do material. Alguns conceitos importantes a mencionar:

  • Variáveis de Processo: São as condições internas ou externas, que influenciam diretamente o processo industrial, sendo necessário realizar o controle das mesmas. Exemplo: Pressão, volume, temperatura, vazão, pH, velocidade, etc.;
  • Variável Controlada: Indica, diretamente, a forma desejada do produto;
  • Variável Manipulada: Onde o controlador automático atua, a fim de manter, dentro dos parâmetros desejados;
  • Valor desejado (setpoint): Valor de referência para a variável, que deseja manter o controle;
  • Controle de Malha Aberta: O sinal de saída não exerce nenhuma ação de controle no sistema. Utilizado somente quando não há distúrbios internos ou externos;
  • Controle de Malha Fechada: São sistemas com realimentação, tendo o objetivo de minimizar os erros e acertar a saída do sistema, de acordo com um valor desejado.

O algoritmo PID é aplicado, justamente, em controle de malha fechada. Como foi mencionado acima, tem o objetivo de manter a saída dentro de um valor desejado (setpoint).

O que é o PID (Proporcional Integral Derivativo)?

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), derivativo (antecipa o erro), controlando uma variável de processo.

O objetivo da postagem não é entrar a fundo na definição matemática. Caso tenha interesse, veja nosso Projeto do Mês, que utilizei a técnica de controle PID para controlar temperatura.E lá, expliquei a sua definição matemática…Você não é obrigado, claro, mas é um artigo que você lerá em menos de 2 minutos …

Os modos P, I e D do controle PID podem ser utilizados em combinações diferentes, conforme abaixo:

  • P – Utilizado com frequência;
  • PI – O mais utilizado na indústria e em diversas aplicações;
  • PID – Utilizado com menor frequência;
  • PD – Pouco utilizado, mas útil no controle de servomecanismos.

Agora que apresentamos o que é cada uma das ações de controle, suas combinações e alguns exemplos, vamos compreender como determinar os parâmetros do PID.

 

Como determinar os parâmetros do PID?

Ajustar os parâmetros do controlador PID não é uma tarefa tão complexa, como podemos imaginar, existem algumas técnicas para determinação desses valores. Entretanto, no ambiente prático e industrial,os valores são definidos por tentativa e erro. Claro, que isso depende de algumas coisas como, o quão crítico é o processo, o conhecimento do Engenheiro ou Técnico que realizará o ajuste.

Os principais métodos utilizados para sintonizar o PID são:

  • Método Ziegler- Nichols: O mais utilizado e famoso, por conta de sua simplicidade de aplicação;
  • Método CHR: Método com regras de ajustes diferenciados, tanto para a mudança do valor de setpoint, quanto características regulatórias;
  • Método Cohen-Coon: Elaborado para processos com tempos mortos mais elevados;
  • Método ITAE: Um dos melhores para sintonia dos parâmetros dos controladores;
  • Método IMC: Determina-se os valores a partir do modelo de processo a afim de obter o controlador mais adequado;

Para ajustar a sintonia, a partir de um dos métodos citados acima, as principais formas são: a partir da sensibilidade limite, curva de reação.

Conhecendo os principais métodos e a as formas de ajuste desses parâmetros, pode-se notar que esse algoritmo é aplicado, em larga escala, na indústria para controle de processos. O nosso objetivo, aqui, não é trazer toda carga e definição matemática dos controladores, pois fugirá ao escopo do artigo, onde queremos mostrar pra você, leitor, que isso realmente é usado …

Os controladores existentes…

O controle PID é um algoritmo, que pode ser utilizado por diversos equipamentos, não sendo limitado a um equipamento/controlador específico, isto é, aplica-se em tecnologias distintas.

Controlador PID

Suas vantagens são os inúmeros esquemas de controles existentes, as diversas bibliotecas cedidas pelos fabricantes, facilitando assim sua implantação. Além de ser robusto e confiável para o ambiente industrial, que é bastante hostil.

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Muito obrigado e até a próxima!

Yhan Christian

 

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