O princípio de operação bang-bang é o controle liga/desliga com histerese; como o diagrama mostra, o sistema ligará quando a entrada [e2] for maior que H, mas permanecerá ligado até que [e2] seja menor que L.
Normalmente, essa é toda a funcionalidade bang-bang, mas adicionamos uma malha interna de realimentação na saída liga/desliga por meio de um filtro de primeira ordem. Esse filtro é implementado matematicamente no algoritmo.
Esse filtro de primeira ordem (FOF) receberá o status do bloco de saída bang-bang (BB) (histerese), que é 1 (um) ou 0 (zero), dependendo se a saída está ligada ou desligada. O resultado será uma carga ou descarga de capacitância, dependendo do estado da saída do bloco Bang-Bang. A tendência da saída do FOF será K quando a saída do BB estiver ligada e tenderá a zero quando a saída estiver desligada.
A saída do FOF é subtraída do erro e, produzindo um [e2] reduzido que tenderá a K; isso significa que, quando o erro (e = SP − PV) for maior por tempo suficiente, e2 tenderá a e − Kr, portanto, e2 será maior que H, ligando a saída do BB.
O elemento de controle final permanecerá aberto até que a planta atinja a diferença declarada por e2 ≤ L; a saída do BB será desligada mesmo quando a planta ainda não atingiu o Setpoint, mas então o filtro de realimentação iniciará uma descarga, provocando um aumento em e2. A descarga continuará até que e2 atinja H, o que ligará novamente a saída do BB.
O processo continuará a alternar entre ligado/desligado até que a PV atinja a SP.
Ajuste do Bang-Bang
O método de ajuste é bastante intuitivo, mas é melhor começar com um pequeno ganho no filtro de realimentação e poucas unidades de erro para ligar o controle e poucas unidades para desligar o controle. Pode começar centrado sobre zero. Por exemplo, comece com [H = 0.5% da variável de controle] e [L = −0.5% da variável de controle]. Faça K = 0 para ver como o sistema reage a um bang-bang puro.
O tempo de amostragem deve ser igual à chamada de função periódica para a função Bang-Bang. Esse parâmetro é importante porque determinará o tempo do sistema para as etapas seguintes.
Verifique o overshoot após o sistema se estabilizar, faça [K] igual ao overshoot e [Tao] igual ao tempo morto (t₀); para estimar esse tempo (não precisa ser preciso), meça o tempo entre a saída do atuador ativar e quando você pode ver uma mudança perceptível de 0.5% na variável de controle.
Isso configurará o Bang-Bang para o ajuste da primeira passagem.
Ao observar a capacidade do sistema, você pode reduzir a diferença entre [H] e [L] para reduzir a magnitude das flutuações em torno do ponto de ajuste [SP].
Você também pode reduzir ou aumentar o período de liga/desliga modificando [Tao] no controle. Isso aprimorará a precisão da saída do sistema, mas criará e aumentará os ciclos de liga/desliga no atuador.
Esteja ciente de que, se o atuador tiver uma operação mecânica, como um relé, contator ou válvula solenoide, a vida útil do atuador será inversamente proporcional ao número de ciclos de liga/desliga, portanto, você precisará fazer um compromisso entre a vida útil do atuador e a precisão do controle.
Resfriamento Bang-Bang (atuador para diminuir a variável de controle)
O algoritmo para diminuir a variável de controle, como resfriamento em um tanque aquecido ou válvula de alívio de pressão em um tanque de pressão, é muito semelhante ao diagrama de aquecimento, mas com algumas alterações, conforme mostrado na figura 2:
