Estudo, proposta e avaliação de novas metodologias de sintonia automática de controladores PID baseadas no ensaio do relé realimentado / Study, propose and evaluation of new auto-tuning methodologies of PID controllers based on the relay feedback test

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

A marcante presença dos controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo) na indústria e as dificuldades de ajuste eficiente destes controladores têm motivado o surgimento de inúmeras técnicas de sintonia, dentre as quais destacam-se as que utilizam ensaios com relés. Na área de dinâmica estrutural não é raro encontrar sistemas oscilatórios com baixo amortecimento e vários modos de vibrar. Sintonizar controladores PID, a partir da técnica do relé, para este tipo de sistemas é o escopo deste trabalho. Nele são apresentadas as principais técnicas de sintonia baseadas no ensaio do relé e propostas duas novas metodologias de sintonia automática dos controladores PID. Uma metodologia (completa) utiliza na identificação do sistema um compensador na malha de realimentação, um relé no ramo direto e um sinal de referência automático e variável. A função de resposta em freqüência do sistema é estimada utilizando-se da Transformada Rápida de Fourier associada a uma técnica de janelamento exponencial dos sinais envolvidos. Os ganhos do controlador PID são encontrados ajustando-se a resposta do sistema+controlador a uma resposta desejada nas regiões onde a FRF é identificada com confiança. A segunda metodologia (simplificada) requer a identificação de apenas dois pontos da FRF do sistema. São propostos ensaios que identificam estes pontos e os ganhos do PID são obtidos a partir da solução de um sistema de três equações algébricas. Os métodos são avaliados numericamente para um número expressivo de processos e experimentalmente em três sistemas: um sistema de 1 grau de liberdade, um com 3 gdl e uma viga engastada-livre com atuadores piezelétricos incorporados. O trabalho conclui que as metodologias propostas são eficientes para um espectro amplo de sistemas, dentre os quais os sistemas oscilatórios de baixo amortecimento e várias freqüências naturais. Aponta-se para a necessidade de estudos futuros que investiguem a implementação tecnológica dos novos procedimentos, em Processadores Digitais de Sinais de baixo custo, e que avaliem a sintonia de controladores com estruturas mais complexas que o PID, empregados a sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas.

ASSUNTO(S)

relay feedback auto-sintonia relé realimentado, frf controle automático auto-tuning controlador pid engenharia mecanica pid controller frf

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