CONTROLE PID: como funciona e como ajustar o ganho PROPORCIONAL, o tempo INTEGRAL e tempo DERIVATIVO

você realmente entende o que que é o controle pd eu vou te explicar de uma maneira nem tão técnica que não dê para entender nada mas nem tão simples também que acabem não servindo para nada já tem muito conteúdo na internet com esse tema mas na maior parte ou são fórmulas muito complexas ou simplificações muito bobinhas que acabam nem fazendo tanto sentido e não vão ajudar em nada no seu trabalho aí na indústria o objetivo é dar um Norte para quem tá no chão de fábrica mesmo tentando ajustar o inversor de frequência por exemplo Inclusive

eu vou ensinar como parametrizar o inversor de frequência para trabalhar com controle pid mas antes de fazer qualquer ajuste é necessário pelo menos entender o que que é o controle pid eu fiz esse gráfico aqui para ficar mais visual Imagina que nós estamos controlando pressão e a velocidade do motor que tá conectado no inversor vai fazer essa pressão aumentar ou diminuir essa linha laranja aqui no gráfico é o valor alvo que que pode ser por exemplo 10 bar Então esse é o valor que nós ajustamos é o valor alvo o valor que nós desejamos o

valor alvo Nós também chamamos de set Point e eu tava com o controlador desligado reparem que tava aqui com um valor de zero né o nosso set Point e de repente eu liguei o controlador então o set Point foi lá para cima foi lá para 10 bar a linha azul aqui embaixo é a o valor do processo que é o nosso feedback né o sinal do sensor também chamado de PV então ah o set Point e o valor do processo estavam aqui com quando o controlador estava desligado tava tudo Zerado Mas de repente eu liguei

o controlador set Point foi lá para cima e o processo Ele ainda tá aqui embaixo nesse momento ele ainda tá aqui embaixo e então de repente essa diferença aqui entre o set Point que tá aqui em cima e o valor do processo que tá aqui embaixo ela ficou muito grande e é aí que entra o controle pid o pid é um modelo matemático que é introduzido em inversores de frequência controladores de temperatura e diversos outros dispositivos e serve para calcular o valor da saída de controle vou fazer um outro gráfico auxiliar aqui do lado e

vou fazer a saída de controle de vermelho também é chamada de variável manipulada ou MV eh nesse caso essa saída de controle é a frequência da saída do inversor para que nós possamos variar a velocidade do motor e consequentemente a pressão do processo então a saída ela tava desabilitada de repente nós tivemos uma diferença muito grande aqui entre set Point e o valor do processo e basicamente o que que o pid vai fazer vai calcular a velocidade do motor para poder controlar a pressão e para isso ele vai levar em consideração esse valor desejado que

é de 10 bar e também o sinal do sensor que vai medir o erro e vai ficar constantemente corrigindo esse erro então no momento nós temos um erro muito grande aqui né esse aqui é o erro temos um erro bastante grande então o que que que qual que vai ser o o efeito disso aqui né com erro Grande a resposta vai ser imediata vai ser rápida vai ultrapassar um pouco vai ficar no limite de repente do inversor Até que a pressão chegue próxima e depois ela vai cair um pouco e vai tender a se estabilizar

isso aqui depende do processo essa essa curva aqui é só um exemplo né mas ela vai depender do processo e também das configurações do pid a gente tá acostumado com o controle liga desliga né onde a saída do controlador ficar ligada até chegar em uma determinada pressão numa determinada temperatura e quando chega a saída desliga aí passa um tempinho ela liga de novo depois desliga e assim vai fica ligando e desligando o pid é usado para controles analógicos quando a saída é variável então a saída ela pode sim ir pro máximo mas depois nós temos

um valor intermediário aqui não é só ligado ou desligado nós temos o valor intermediário para poder diminuir ao máximo esse Evo aqui esse cálculo é basicamente a junção de Três blocos que é o bloco proporcional nós temos o bloco integral e o bloco derivativo e o resultado da ação proporcional somada com ação integral somada com ação derivativa é a nossa saída de controle que é a variável manipulada né ou m v então o quanto que esse inversor vai acelerar para poder atingir a a o set Point que é o nosso valor aqui que tá em

laranja né o valor alvo é uma resposta da soma desses dessas três ações aqui ação proporcional ação integral e Ação derivativa a ação proporcional é o elemento principal e ele deve ser ajustado primeiro percebam a diferença aqui no gráfico entre o set Point que é o valor desejado e o valor do processo eu quero 10 bar mas no momento eu tenho zero essa diferença aqui como eu falei entre o valor desejado e o valor real é o nosso e o bloco proporcional no controle pid ele dá uma resposta proporcional ao eu nesse caso quanto maior

for esse erro maior vai ser a resposta do sistema para corrigir ele o controle proporcional vai se comportar dessa maneira ele vai mandar a saída de controle acelerar o máximo o processo vai subir rapidamente mas ele vai ultrapassar o valor do Set Point essa ultrapassagem Ela é conhecida como overs aí O Elo aqui que era para menos né Nós tínhamos um elo para menos agora nós temos um elo para mais então o controle Corrige a saída novamente dessa vez diminuindo a velocidade do motor então o erro ele passa a ser para menos mas se reparar

dessa vez não passou do valor desejado e em um processo estável essas ultrapassagens aqui vão ficando cada vez menores até que o processo se estabiliza um dos ajustes que são feitos no inversor de frequência é o ganho proporcional que é conhecido como KP ele é um valor que vai ser multiplicado pelo Elo então basicamente você vai aumentar ou diminuir a representatividade desse bloco que é ação proporcional do controle pd quanto maior for o ganho proporcional mais rápido o processo vai alcançar o valor desejado que é nesse ponto mas também maiores vão ser essas ultrapassagens aqui

e o contrário também é válido um ganho proporcional mais baixo vai levar o processo a demorar mais para chegar no valor ajustado aqui só que menor vai ser o overshoot né menores vão ser essas ultrapassagens um ganho proporcional muito grande leva o processo a instabilidade que é quando ao invés dele tender a ficar próximo do valor ajustado ele vai ficando cada vez mais longe e essas ultrapassagens se tornam cada vez maiores a dica para ajustar o ganho proporcional é anular as ações integral e derivativa colocando um tempo integral muito alto e um tempo derivativo de

zero aí você vai aumentando aos pouquinhos o ganho proporcional até perceber que o processo se tornou instável então eh a partir do momento em que que o processo ele se torna instável ao momento onde você para de aumentar o ganho proporcional isso se você conseguir fazer testes É lógico tem casos em que não é possível fazer essas simulações na prática Então quando você perceber que o processo começou a ficar instável quando ele quando ele perdeu a estabilidade aí é o momento em que você para de aumentar o ganho proporcional e esse valor que você tinha

você divide por dois então vamos supor que o ganho tava ele tava em 1.5 por exemplo então você vai dividir esse 1.5 por 2 você vai ter 0.75 esse é o valor que você vai colocar inicialmente no ganho proporcional essa é uma maneira bem simplificada de obter esse valor do ganho proporcional É lógico que isso merece um ajuste mais fino depois mas é muito mais fácil partir de um ponto partir de um valor do que ficar testando qualquer valor aleatoriamente como eu falei no início do vídeo o PV é um modelo matemático Então você consegue

modelar esses valores matematicamente mas é a muito complexo então o objetivo do vídeo é ajudar quem tá no chão de fábrica e essa é uma maneira de conseguir obter um norte né Um Valor um valor inicial para que depois se possa então ir ajustando e de pouquinho em pouquinho e ter um ajuste mais fino e uma informação importante o ganho proporcional quando ele é negativo significa que o processo ele vai trabalhar de maneira inversamente proporcional o ganho ele é multiplicado pelo Elo então se eu tenho um ganho negativo m implicado por um erro positivo Vai

resultar numa resposta negativa imagina o inversor que liga um exaustor quanto maior a temperatura mais rápido ele tem que girar para poder diminuir essa temperatura é o contrário de um processo onde se precisa aquecer alguma coisa porque quando se está aquecendo quanto maior a temperatura menor vai ser a saída para que se possa equilibrar o processo e chegar realmente no set Point se você continuar aumentando a saída a medida que a temperatura aumenta Então essa temperatura vai explodir vai muito além do que você deseja então é inversamente proporcional quanto no caso da Refrigeração quanto maior

a temperatura mais você tem que a a maior vai ter que ser o valor na saída enquanto que no aquecimento é o contrário né quanto maior a temperatura menor o valor da saída mas nos inversores da brasiltec existe um parâmetro específico para inverter essa lógica Então não vai ser necessário trabalhar com ganho negativo Vocês não precisam se preocupar com isso e agora que vocês já sabem como trabalha o controle proporcional vamos falar um pouco sobre o controle integral se vocês repararem aqui no gráfico o processo que é a linha azul não ficou em cima do

Set Point que é a linha laranja ele ficou levemente deslocado nesse caso para baixo poderia ser para cima também isso é uma característica do controle proporcional que sempre mantém uma distância do valor desejado como ele é proporcional ao ego se esse ego aqui ainda nós temos um erro aqui que é essa distância aqui entre essas duas linhas né se esse erro zer asse a resposta proporcional zaria também então a a saída de controle iria desligar e esse erro seria causado se se não tivéssemos erro esse erro seria causado porque a ação proporcional ela é proporcional

ao erro precisa ter um erro para ter algum tipo de resposta essa distância aqui entre a linha laranja que é o valor alvo e a linha azul que é o valor do processo é conhecido como offset eu não gostaria de trazer esses termos aqui mas quando for realizar um ajuste em qualquer equipamento Essa é a linguagem Universal mesmo os manuais em português utilizam esses termos em inglês então é importante que você conheça esses termos ainda que não esteja na nossa língua Nativa né ação integral ela busca corrigir esse offset deixando o valor do processo muito

mais próximo do Set Point quando eu adiciono ação integral a resposta ela fica um pouco mais lenta mas a ultrapassagem fica menor e o offset ele tende a zero então a ação integral não leva em consideração somente O Elo que é a diferença aqui né entre set Point e o valor real do processo Mas leve em consideração também o tempo quanto maior o tempo em que o erro estiver acontecendo maior vai ser a ação integral e para ajustar tá a atuação da ação integral no inversor de frequência nós não usamos um ganho como no caso

da ação proporcional o ganho ele é só um multiplicador que não tem unidade de medida ele só serve para aumentar ou diminuir a intensidade da ação proporcional para ajustar a ação integral nós vamos usar tempo e esse tempo que vai ser de alguns poucos segundos ou alguns décimos centésimos de segundo vai depender da aplicação e do objetivo do controle eu vou fazer um novo gráfico aqui para que possa ser entendido da onde que sai esse tempo o que que vai influenciar vamos supor que nós temos um erro de zero nesse momento e de repente o

erro ele passa a ter algum valor vamos supor que até algum determinado momento nós não tínhamos erro e de repente esse erro passa a existir a linha roxa que eu erro como que a ação proporcional se comporta nesse caso se não tem Ego não tem ação proporcional até determinado momento passou a existir o ego imediatamente existe uma ação proporcional que é proporcional ao ego a ação integral ela passa a agir imediatamente quando se tem a quando passa a existir o erro e ela tem esse formato de rampa aqui esse valor ele vai crescendo ao longo

do tempo até que o determinado momento ela atinja o mesmo valor que ação proporcional e esse tempo que demora para ação integral atingir o valor e crescendo até o ponto em que Ela atinge o valor proporcional é o tempo de integração e esse tempo é o tempo que nós vamos determinar então supondo que foi configurado lá no inversor de frequência 3 segundos na ação integral e nós tivemos essa perturbação aqui no sistema esse erro e apareceu 3 segundos depois desse erro a ação integral ela vai cheg chegar no mesmo patamar que a ação proporcional já

atingiu desde o começo né proporcional desde que começou o ego ela já já chegou nesse valor então até a ação integral chegar no mesmo valor da ação proporcional nós tivemos um tempo e esse tempo é o tempo que nós vamos ajustar então a intensidade da atuação integral ela vai depender desse tempo o tempo integral é quase como se fosse um ganho né só que ele vai acabar ficando invertido Porque quanto menor o tempo estado mais rápido a ação integral vai ter efeito né ela na verdade o efeito ele ele é imediato mas mais rapidamente ela

vai atingir o valor dação proporcional essa rampa ela passa a ficar mais inclinada quando nós trabalhamos com tempos menores E se o tempo for maior maior também vai ser o tempo de resposta que é o tempo que o processo atingir o valor de set Point então o processo ele se torna mais lento com tempos maiores se você configurar um tempo maior o processo vai ficar mais lento por outro lado o tempo maior ele vai trazer mais estabilidade pro processo já que ele tende a oscilar menos com um tempo de integração maior o ideal para encontrar

o tempo de integração é ir testando ele você vai diminuindo até chegar num ponto em que o tempo de resposta tá aceitável mas o overshoot também geralmente a sintonia fina fica próxima do triplo do valor em que se começa a encontrar instabilidade Então você vai diminuindo o valor até perceber que o processo começou a se tornar instável nesse momento você multiplica então o valor que você tinha por três se era um segundo por exemplo você passa a trabalhar com três E aí vai ser o seu parâmetro inicial para começar um ajuste de sintonia mais fina

usando um controle proporcional mais integral ou controle pi a saída vai ser a soma das duas ações então nós temos a ação proporcional que respondeu imediatamente nós já estamos aqui em cima mas a integral então no final do tempo de integração que é esse tempo que a gente configurou o valor que nós vamos ter aqui na na na saída de controle n na variável manipulada é de duas vezes Opa que ficou fora do enquadramento né Mas duas vezes o valor do ganho proporcional ganho proporcional tá aqui como nós temos a soma do ganho proporcional com

o ganho integral então o valor aqui ele chegou a duas vezes no final desse tempo de integração então agora a gente já sabe que é ação proporcional que age de maneira proporcional ao IG ela é a principal ação e a primeira que deve ser ajustada e garante um bom tempo de resposta mas acaba permitindo esse offset aqui essa diferença entre o valor set Point e o valor da ação proporcional aí vem ação integral né então nós temos um controle proporcional e integral que que ela faz faz ela elimina o offset mas com isso ela acaba

sacrificando um pouco tempo de resposta então esse processo ele vai demorar um pouco mais para atingir a resposta mas ele vai chegar no valor mais próximo do Set Point só que para melhorar o tempo de resposta se utiliza a ação derivativa ela Age de maneira antecipada prevendo entre aspas para onde o processo vai e controla a saída para não deixar escapar muito do Set Point usando ação derivativa da maneira certa você tem um ótimo tempo de resposta então vai chegar antes aqui no valor do Set Point você tem um menor overshoot também essa ultrapassagem ela

fica menor e também tem um menor tempo de acomodação que é esse tempo aqui até o processo estabilizar próximo do Set Point e isso é muito bom a saída de controle que pode ser a frequência do motor por exemplo pode atingir valores bem altos fazer o motor girar bem rápido pro processo reagir de maneira rápida e contornar esse erro e ao chegar próximo aqui do valor ideal retorne para valores mais baixos evitando essas ultrapassagens muito grandes ela basicamente Analisa para onde que o processo tá indo e inicia a correção da saída de maneira antecipada quando

o processo está subindo de maneira muito rápida é o controle derivativo que vai prever uma ultrapassagem e tentar evitar que ela acontea e ainda que aconteça que não tenha tanta intensidade eu vou fazer um exemplo de um controle de temperatura nós temos um set Point que tá estável um processo que tá estável também até determinado momento até que comece a entrar um grande volume de água fria no tanque E aí a temperatura começa a cair rapidamente o controle derivativo vai perceber essa essa rampa de descida e aumentar a geração de calor antes que o ego

se torne grande e suficiente pro controle proporcional ser eficaz o controle proporcional ele é proporcional ao ego Então se o ego ainda tiver pequeninho Esse é a ação proporcional ela não vai atuar com tanta intensidade a ação derivativa ela vai perceber que a temperatura tá caindo rápido e prevê onde ela vai estar mais adiante e já atuar com mais intensidade não com base nesse erro aqui mas com base no erro futuro então ela vai prever onde esse erro vai est baseado na inclinação dessa rampa e vai levar em consideração esse erro futuro assim não precisa

esperar a temperatura cair demais para começar a agir com mais intensidade no inversor de frequência o ajuste da ação derivativa também é por tempo esse tempo é basicamente o quão no futuro esse essa análise vai ser feita nos controladores nos inversores de frequência você consegue ajustar esse tempo aqui então se essa rampa ela tá com essa inclinação nesse momento nós temos um erro se passar um segundo nós vamos ter um erro maior se passar 2 segundos esse erro vai ser maior ainda então quanto maior o tempo derivativo mais significativa vai ser a resposta porque ele

vai prever um erro maior ainda no futuro é o contrário dação integral onde os tempos mais curtos representam uma resposta mais intensa aqui quanto maior esse tempo maior vai ser a resposta da ação derivativa e uma característica da ação derivativa é que ela responde somente à variação do eu se o processo ele tá estável Independente se tem erro ou se não tem ela não vai interferir de maneira nenhuma até por isso que ela sempre precisa estar acompanhada da ação proporcional assim como ação integral não existe controle eh é integral e derivativo ou só integral e

só derivativo você vai ter controle proporcional proporcional e integral proporcional integral e derivativo ou ainda proporcional proporcional e derivativo também existe e para exemplificar Vamos pegar esse ponto aqui antes do erro acontecer nós temos eh talvez essa linha aqui vai estar um pouquinho para baixo do Set Point então nós temos um determinado nível de ego aqui se eu tentar prever o futuro não importa quantos segundos paraa frente eu jogar nesse ponto aqui ainda a inclinação aqui no caso vai ser a mesma então o valor que eu vou ter ainda é igual então a rampa ela

sempre precisa estar inclinada sempre precisa ter uma variação de erro para que a ação derivativa tenha efeito enquanto a rampa tá linear aqui enquanto ainda que exista um erro mas se ele não estiver variando a ação derivativa ela não tem efeito porque no futuro o ego vai continuar igual se não tem variação se essa rampa tá linear se ela tá alinhada aqui então no futuro a resposta ainda vai ser a mesma e para ajustar o tempo derivativo nos inversores você vai utilizar a mesma técnica anterior de testando só que dessa vez em vez de diminuir

o tempo o no caso da ação integral você tinha o tempo de integração e e tinha que diminuir né no caso da ação derivativa você vai aumentando esse tempo mas vai de pouquinho em pouquinho porque é um ajuste bastante sensível então pode ser que você acabe passando do ponto com muita facilidade Então você vai aumentando o tempo derivativo bem de pouquinho mesmo até perceber que o processo passou a se tornar instável também da mesma maneira que antes você vai verificar o momento em que o processo passou a se tornar instável Então você percebeu que o

processo perdeu a estabilidade com 3 Dé de segundo por exemplo você vai pegar esse valor e dividir por TR então era 3/1 de segundo você vai trabalhar com o valor de 1/1 de segundo então divide sempre o valor obtido no momento em que o processo passou a perder estabilidade e aí esse é o ponto em que você deve pegar esse valor dividir por três para obter o valor inicial que você vai configurar no tempo derivativo e pelo que eu falei até aqui que parece que a ação derivativa é quase perfeita né ela prevê o futuro

ela age com antecedência E realmente ela seria quase perfeita se não fosse o problema com a instabilidade Esse é um ajuste muito delicado a ação derivativa ela ela provoca uma instabilidade com muita facilidade caso o tempo seja significativo se você colocar um tempo muito grande o o processo vai perder a estabilidade com muita facilidade tem outras condições também que fazem com que a ação derivativa nem possa ser utilizada por conta dos problemas com estabilidade a estimativa é que somente 5% dos processos trabalham com controle P em D de fato e os outros 95 trabalham com

somente o controle pi que é proporcional integral justamente por conta desse problema da estabilidade de modo geral o controle derivativo ele não é compatível com processos onde a resposta é muito rápida por exemplo num controle de pressão num controle de pressão se abrir uma válvula se ligar ou desligar um compressor as respost ostas são muito rápidas a pressão ela acaba variando muito de maneira muito rápida Então nesse tipo de processo onde as respostas são rápidas o controle derivativo não costuma ser compatível justamente por conta desse problema com estabilidade A não ser que o tempo derivativo

seja muito pequeno mas aí o controle também vai ser pouco significativo ele vai ter uma representatividade muito pequena e aí pode ser que você consiga utilizar mas via de regra controles com essos onde a resposta é muito rápida o controle derivativo não pode ser utilizado nos inversores da brasiltec enquanto que o tempo de integração ele é configurado em centésimos de segundo o tempo derivativo é configurado em milésimos de segundo comprovando então o fato de ser um ajuste muito mais delicado só que pros processos mais lentos como o aquecimento de um forno por exemplo é uma

excelente maneira de corrigir algumas fraquezas do controle pi porque ele vai responder antes e vai conseguir manter a temperatura mais linear ele vai perceber a algumas tendências do processo e não vai esperar que essa tendência se torne um erro muito grande não vai precisar a temperatura variar muito entre o set Point e a temperatura real do processo não vai precisar ter uma variação muito grande para que a saída possa reagir ele percebe as tendências então e essas tendências nos processos onde o tempo de resposta é mais lento Elas costumam ser muito fiéis então é por

isso se o controle o controle derivativo nesse caso é muito muito eficaz outra situação em que o controle derivativo acaba se tornando inapropriado é quando o sinal de feedback o sinal que vem lá do do sensor para indicar qual que é o valor do processo quando esse sinal é muito ruidoso se você tem muitos ruídos esses ruídos podem ser identificados como tendências do processo E aí também um controle derivativo vai acabar se perdendo e não vai ser muito legal trabalhar com ele mas tem uma forma de corrigir isso aí nos inversores de frequência Existe um

parâmetro que é um filtro de tempo Onde você consegue ajustar para que ele possa diminuir Então essas oscilações e isso pode acabar sendo a solução em muitos casos e uma vez tendo feito todos os ajustes aí das ações proporcional integral e derivativa é necessário que você faça alguns testes para atestar o bom funcionamento do seu processo A primeira é o início do processo quando você liga o controlador o processo precisa reagir de uma maneira estável e precisam ser testados também os distúrbios que é quando o valor do processo muda de repente como no exemplo anterior

onde Entrou água fria no tanque onde a temperatura tá sendo controlada nesse caso o processo precisa voltar a se ajustar e alinhar perto do S Point outros exemplos de distúrbio também é quando você tem um controle de pressão e de repente se abre alguma válvula Ou você tem um controle de velocidade e alguma carga é introduzida e essa velocidade cai e outra situação que precisa ser testada é quando o set Point muda a mudança de set Point processo também precisa conseguir se adequar e estabilizar Então são pelo menos três testes né Nós temos o teste

do início do processo nós temos o teste do distúrbio também no valor do processo né na na variável que tá sendo é controlada aqui e também nós temos outro distúrbio que é a mudança de set Point o ideal é que eles sejam repetidos várias vezes né tudo isso precisa funcionar e de maneira estável a estabilidade é muito mais importante do que o tempo de resposta ninguém quer um controle que de repente se perde e acaba causando problemas então primeiro de tudo é a estabilidade mas é legal que você tenha um tempo de resposta curto que

se tenha precisão também no controle Então você vai ter que ponderar o que que é mais importante no seu processo e mexendo nas variáveis até encontrar uma sintonia legal e assim que começar os testes analise o processo vê o que que que que tá acontecendo porque você entendendo minimamente como funciona cada um dos cada uma das ações do controle pid Talvez esse sintoma que o processo tá apresentando pode servir pro seu diagnóstico do que que deve ser feito se você tá tendo muito overshoot diminui um pouco o ganho proporcional vai testando e se tá tendo

instabilidade no processo verifica se você não exagerou em uma das ações qualquer uma delas quando estiver exagerada vai acabar causando instabilidade Então vai testando Mas essa é a importância de fazer aquele esse ajuste Inicial que eu ensinei a fazer porque se você tivesse que testar três variáveis ao mesmo tempo na tentativa e erro aleatoriamente sem nenhum parâmetro isso fica quase que impossível de encontrar uma sintonia Bacana Então é bacana que você tenha e um ajuste Inicial valores iniciais para poder trabalhar e a partir disso você faz a sintonia fina aumentando um pouquinho aqui diminuindo um

pouquinho lá e assim você encontra um valor satisfatório infelizmente é impossível eu passar valores aqui porque esses valores dependem do processo e cada processo é um processo então Eh são vários fatores envolvidos não tem como eu falar valores aqui mas o objetivo é fazer vocês entenderem o que que é o controle pid de que maneira que cada variável trabalha para que vocês possam entender Qual que é a resposta do processo e o que que precisa ser melhorado eu espero que com esse objetivo eu tenha tido sucesso e se você quiser saber como parametrizar um inversor

de frequência para trabalhar com controle PV fica ligado nas próximas aulas porque eu vou ensinar a fazer essa parametrização na prática