Análise da compensação de atrito estático para válvula de controle de processo

Abstract

A existência de atrito em válvulas traz problemas às malhas de controle em plantas industriais. A utilização dos compensadores de atrito estático considerados neste trabalho baseia-se em técnicas que adicionam energia ao sinal na saída do controlador, de forma a compensar o agarramento presente nas hastes de válvulas de controle devido à presença do atrito estático. Neste trabalho foram utilizados modelos que reproduzem fielmente as características do processo, controle e sensores necessários ao estudo. Assim como foram realizados ensaios com dispositivos físicos industriais (válvula comercial real) conectados a um computador através de placa de aquisição de dados analógica, que se comunica via interface padrão OPC aos demais objetos do controle, formando um ambiente híbrido conhecido como Hardware-in-the-loop. Para a escolha do modelo do processo e sua respectiva ação de controle, considerou-se uma planta com dinâmica de processo lenta com baixa constante de tempo dominante de forma a beneficiais a visualização dos fenômenos de atrito estático e da atuação dos compensadores. Adotou-se um modelo de controle de nível em um tanque cilíndrico vertical atmosférico, alimentado por fluxos variáveis em que seu nível é regulado através de ações de controle atuando sobre uma válvula de controle na saída do tanque. Para os ensaios em ambiente 100% simulados, foi escolhido o modelo de atrito de Karnopp que mais apropriadamente simula o atrito estático em válvulas de controle para fins de estudo de sua compensação. Nos ensaios em tempo real, adotou-se uma válvula de controle globo linear com atuador pneumático, equipada com posicionador inteligente e sensor de posição instalado na haste da válvula. Ao término deste trabalho, o desempenho dos compensadores considerados é avaliado e as conclusões obtidas nos ensaios são apresentadas juntamente com sugestões para trabalhos futuros.