Fundamentos dos processos de integração versus processos de autorregulação

Um processo de natureza integrativa tende a produzir uma saída proporcional ao total de valores de entrada que foram acumulados ao longo do tempo. Se a entrada se tornar negativa, o processo traria uma diminuição proporcional em sua amplitude, diminuindo a saída. Por exemplo, para um tanque de água, a entrada seria a quantidade de líquido fluindo enquanto a saída seria o nível de água que o tanque manteve. Enquanto a entrada permanecer positiva, o nível de água continuará a subir, mas quando a entrada se tornar negativa (mais vazão do que afluência), o nível de saída diminuirá.

Vamos agora considerar a operação de um servo motor. A tensão de entrada no motor determina seu torque, que então acelera a carga. A rotação é contínua desde que a tensão de entrada seja diferente de zero e a posição da carga seja dependente das rotações acumuladas. Se a tensão de entrada se tornar negativa, o eixo começa a girar para trás e a posição de saída diminui. O comportamento do tanque de água e do servo motor é semelhante, pois ambas as entidades manteriam seu nível de saída enquanto a entrada não fosse negativa.

Todos os processos integradores se comportam dessa maneira. Os insumos são acumulados e dispersos para os ambientes circundantes. A taxa na qual esses dois processos ocorrem depende da máquina que está sendo controlada, bem como de fatores físicos, como atrito, arrasto e inércia. Mas uma vez que uma entrada é adicionada ao sistema, ela existe até que um valor negativo a cancele.

Processos não integradores

Considere um tanque de água com vazamento. Continuará a perder água independentemente da entrada. Da mesma forma, um servo motor que gira contra uma mola de torção continuará a perder posição, não importa qual seja o valor da tensão. Tais processos podem atingir um ponto de equilíbrio onde as adições podem ser compensadas por perdas imprevisíveis. Por exemplo, seria impossível que um tanque com vários vazamentos tivesse um nível de saída além de um determinado ponto. Esses processos são não integrativos, acumulando suas entradas, mas atingindo apenas um certo ponto que é um equilíbrio entre a entrada e a saída.

Deve-se notar que existem apenas alguns processos integradores que não possuem perdas espontâneas, enquanto alguns processos não integradores possuem constantes de tempo bastante longas, dificultando o alcance do ponto de equilíbrio. Isso borra a linha entre os dois.

Selecionando um controlador

O trabalho de um engenheiro de controle é identificar a natureza do processo e a qual extremidade do espectro ele pertence. Isso permite que ele escolha uma estratégia de controle adequada ao processo. A regulação de um processo não integrador é mais fácil, pois o ponto de equilíbrio impõe um limite natural à saída. O controlador não precisa passar pelo tedioso processo de encontrar a entrada certa.

É por esta razão que os processos não integradores às vezes são chamados de autorregulados devido à sua capacidade de atingir um estado estacionário sem a necessidade de intervenção do controlador. No entanto, os esforços de um controlador de feedback ainda são necessários para aumentar/diminuir a entrada do processo, se necessário.

Controladores PI e PID tradicionais são projetados para trabalhar com processos de integração e autorregulação; a configuração no entanto, difere. A maioria das regras de sintonia leva em consideração ambos os processos, fornecendo fórmulas através das quais os parâmetros P, I e D do controlador podem ser calculados.

Às vezes, mesmo um controlador P simples pode atender aos requisitos de um processo integrador devido ao acúmulo que ocorre. Isso dá ao controlador as mesmas características que o integrador em um controlador PI ou PID. Além disso, se o objetivo do controlador é identificar a magnitude da entrada necessária para forçar a saída a corresponder a um ponto de ajuste específico, um controlador P é adequado.

O mesmo não pode ser dito para processos não integradores, pois um controlador P pode desistir antes que a saída se aproxime do ponto de ajuste. Isso levará a um erro de estado estacionário que se manteria mesmo se o controlador tentasse compensar a perturbação da carga. Esses erros também podem afetar processos de integração e são devidos a parâmetros físicos, como densidade variável de fluido.

Principais desafios da indústria 4.0 Interconexão de TI/OT