Implementação de sistema PI para controle de temperatura utilizando o método da frequência de Ziegler-Nichols
Data
2023-04-27
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Resumo
Industrial process controllers are increasingly needed, and the most used are the on-off
controllers and the PID (proportional-integral-derivative), which are widely used in industrial
processes. The general purpose of this article is to implement a prototype of a temperature
control automation system with PID, reviewing tuning concepts and methods in order to
compare the effectiveness with the on-off controller. The on-off type control has two fixed
positions, on or off, since the PID corresponds to the relationship between the read variable and
the setpoint. There are several methods of tuning this type of controller including empirical
methods to the most refined; but that usually involves three steps: disturbing the process,
analyzing and quantifying the system's response to the disturbance, and then tuning the
controller parameters. The frequency method proposed by Ziegler-Nichols consists of
determining the critical gain and the critical period to obtain the tuning parameters. The
apparatus for the experiments consisted of a thermal box to simulate the environment, with a
temperature sensor inside and an incandescent lamp to generate disturbance of the variable, a
fan to blow air into the environment, and the embedded system containing an Arduino and an electrical circuit board. Applying the proposed method to the experiments, we obtained the
results for the P, PI, PID and on-off controls. When analyzing these results, it was verified that
for such conditions, the best controller was the PI type.
Descrição
Os controladores de processos industriais são cada vez mais necessários, e os mais utilizados
são os controladores on-off e o PID (proporcional-integral-derivativo), que são amplamente
utilizados em processos industriais. A proposta geral deste artigo é implementar um protótipo
de um sistema de automação de controle de temperatura com PID, revisando conceitos e
métodos de sintonia a fim de comparar a eficácia com o controlador on-off. O controle do tipo
on-off, possui duas posições fixas, ligado ou desligado, já o PID corresponde com relação entre
a variável lida e o setpoint. Existem vários métodos de sintonia desse tipo de controlador
incluindo métodos empíricos até os mais refinados; mas geralmente envolve três etapas:
perturbar o processo, analisar e quantificar a resposta do sistema ao distúrbio e, em seguida,
sintonizar os parâmetros do controlador. O método da frequência proposto por Ziegler-Nichols
consiste em determinar o ganho crítico e o período crítico para obter os parâmetros de sintonia.
O aparato para os experimentos foi constituído por uma caixa térmica para simular o ambiente,
com um sensor de temperatura em seu interior e uma lâmpada incandescente para gerar
distúrbio da variável, uma ventoinha para insuflar ar no ambiente, e o sistema embarcado
contendo um Arduino e uma placa de circuito elétrico. Aplicando o método proposto para os
experimentos, obtivemos os resultados para os controles P, PI, PID e o on-off, ao analisar esses
resultados, verificou-se que para tais condições, o melhor controlador foi o do tipo PI.
Palavras-chave
PID, On-off, Ziegler-Nichols, Controlador
Referência
ALVES, Max Matias. Implementação de sistema PI para controle de temperatura utilizando o método da frequência de Ziegler-Nichols. 2023. 16 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2023.