Processos Integrativos vs. Auto-Reguláveis: Princípios Fundamentais e Aplicações

Um processo que é integrativo em natureza tende a produzir uma saída que é proporcional ao total acumulado de valores de entrada que foram acumulados ao longo do tempo. Se a entrada se torna negativa, o processo traria uma diminuição proporcional em sua amplitude, baixando a saída. Por exemplo, para um tanque de água, a entrada seria a quantidade de líquido fluindo para dentro enquanto a saída é o nível de água que o tanque mantém. Enquanto a entrada permanecer positiva, o nível de água continuará a subir, mas quando a entrada se torna negativa (mais saída do que entrada), o nível de saída descerá.

Vamos agora considerar a operação de um motor servo. A tensão de entrada através do motor determina seu torque, que então acelera a carga. A rotação é contínua enquanto a tensão de entrada é não-zero e a posição da carga depende das rotações acumuladas. Se a tensão de entrada se torna negativa, o eixo começa a girar para trás e a posição de saída diminui. O comportamento de tanto o tanque de água quanto o motor servo é similar, pois ambas as entidades manteriam seu nível de saída enquanto a entrada for não-negativa.

Todos os processos integrativos se comportam desta maneira. Entradas são acumuladas e dispersas para os ambientes circundantes. A taxa na qual estes dois processos ocorrem dependem da máquina sendo controlada, bem como 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-Integrativos

Considere um tanque de água com vazamento. Ele continuará a perder água independentemente do que a entrada seja. Similarmente, um motor servo que gira contra uma mola torsional continuará a perder posição não importa qual o valor da tensão. Tais processos podem atingir um ponto de equilíbrio onde adições podem ser compensadas por perdas imprevisíveis. Por exemplo, seria impossível para um tanque com vários vazamentos ter um nível de saída além de um certo ponto. Estes processos são não-integrativos, acumulando suas entradas mas apenas alcançando um certo ponto que é um equilíbrio entre entrada e saída.

Deve-se notar que existem apenas alguns processos integrativos que não possuem perdas espontâneas, enquanto alguns processos não-integrativos têm constantes de tempo bastante longas, tornando difícil para eles atingirem o 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 a ele/ela escolher uma estratégia de controle adequada ao processo. Regular um processo não-integrativo é mais fácil, pois o ponto de equilíbrio impõe um limite natural na saída. O controlador não tem que passar pelo processo tedioso de encontrar a entrada correta.

É por esta razão que processos não-integrativos são às vezes chamados de auto-reguláveis 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 a necessidade surgir.

Controladores PI e PID tradicionais são projetados para trabalhar com processos tanto integrativos quanto auto-reguláveis; a configuração, no entanto, difere. A maioria das regras de ajuste leva em conta ambos os processos, fornecendo fórmulas através das quais os parâmetros P, I e D do controlador podem ser calculados.

Às vezes, até mesmo um simples controlador P pode cumprir os requisitos de um processo integrativo devido à acumulação que ocorre. Isso dá ao controlador as mesmas características do integrador em um controlador PI ou PID. Além disso, se o objetivo do controlador é identificar a magnitude de entrada necessária para forçar a saída a corresponder a um ponto de ajuste específico, então um controlador P é bem adequado.

O mesmo não pode ser dito para processos não-integrativos, 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 de carga. Estes erros também podem afetar processos integrativos e são devidos a parâmetros físicos como densidade variável do fluido.