Exercícios Resolvidos de Controle cascata

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Enunciado

Considete o sistema de tanque aquecida agitado mostrado na figura abaixo. É desejado controlar a temperatura T 2 ajustando a taxa de calor trocada Q 1 alterando-se a voltagem da serpentina elétrica, V 1 . Foi sugerido que as medições de T 1 e T 0 , assim como de T 2 , podem prover um melhor controle de T 2 .

  1. Descreva brevemente como o controle sugerido poderá operar e esboce um diagrama explicando.
  2. Indique como você classificaria o sistema de controle: feedback, feedforward ou cascata.
  3. Desenhe o diagrama de blocos para o sistema de controle.

Passo 1

Aqui nós temos a medição de três variáveis: T 2 que é a nossa variável principal, T 1 que é uma variável intermediária no processo e T 0 que é uma variável de entrada, ou, um distúrbio.

Como temos três informações disponíveis, vamos tentar usar todas elas. O controle cascata por exemplo, precisa da medição da variável controlada e de uma variável intermediária. Sendo assim, podemos usar T 2 como sendo a variável primária de um controle cascata e T 1 como sendo a variável secundária.

Já o controle feedforward precisa da medição de um distúrbio, sendo assim, podemo aplicar um controle feedforward também, usando T 0 comoi distúrbio medido.

O esquema do sistema de controle ficaris assim:

Sendo assim, o controlador TC2 comanda o setpoint do controlador TC1 que manda o sinal para o elemento final de controla fazendo assim o controle cascata.

O FFC (feedforward controller) também emite um sinal para o elemento final de controle, sendo assim, ambos os sinais se somama antes de alterar o valor de V 1 .

Passo 2

Nessa malha temos duas estratégias em uso ao mesmo tempo. Temos o controle cascata que se utiliza das medições de T 2 e T 1 e também o controle feddforward que se utiliza de T 0 como variável distúrbio.

Passo 3

Fazendo a junção do cascada com o feedforward, teremos o seguinte diagrama de blocos:

Repare que o processo e transmissor com índice 1 estão na malha interna (secundária) e os com índice 2 estão na malha externa (primária). Isso acontece porque os índices estão seguindo os índices das variáveis. Como T 1 é a variável servo (secundária) o processo com índice 1 ficou na malha interna e como T 2 é a variável mestre (primária) os blocos com esse índice ficaram na malha externa. Apenas os plocos dos controladores mantiveram os índices normais. Sendo assim G C 2 é o controlador secundário e G C 1 o primário.

Resposta

  1. Controle Cascata em paralelo com Controle Feedforward