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Título: Controle PID multivariável descentralizado: sintonia e aplicação prática
Título em inglês: Control pid multivariable decentralized: tuning and practical application
Autor(es): Barçante, Guilherme Medeiros
Orientador(es): Almeida, Otacílio da Mota
Palavras-chave: Engenharia elétrica
Controladores PID
Data do documento: Dez-2011
Citação: BARÇANTE, G. M. (2011)
Resumo: Nesta dissertação de mestrado, desenvolvem-se projetos de controladores PI (Proporcional-Integral) e PID (Proporcional-Integral-Dervativo) para os casos SISO (Simple- Input, Simple- Output) e MIMO (Multiples- Input, Multiples-Output). A proposta do trabalho é combinar técnica do relé SISO e PID SISO baseado em especificações de margem de fase e margem de ganho para sintetizar um método de projeto de controladores PID MIMO multivariável com sintonia automática ou auto-sintonia. Uma ênfase especial é dada aos projetos de controladores PID MIMO através do método do relé como elemento de identificação frequencial das malhas a serem controladas. Dois métodos de projetos MIMO são abordados em profundidade e aplicados em sistemas simulados e em duas aplicações práticas a saber: um processo formado pelas malhas de uma incubadora neonatal e em um processo de tanques duplos acoplados. Todos estes processos apresentam fortes interações entre as malhas de controle. O primeiro método de projeto multivariável refere-se a um projeto sequencial no qual os controladores são projetados de forma sistemática e considerando, a cada passo, a interação entre as malhas. Esse método é eficiente e simples e apresenta vantagens tais como: i) é conceitualmente simples e mantém a estrutura descentralizada e sequencial com o projeto SISO das malhas de controle; ii) estabilidade e robustez são garantidos a cada passo do projeto; iii) desde que o método seja autoajustável, nenhum conhecimento do processo é requerido. O segundo método de projeto de controladores multivariáveis refere-se a uma generalização do método do Åström e Wittenmark, também conhecido como método do ponto crítico, para sistemas MIMO. Para se projetar controladores PID com essa abordagem, um entendimento do conceito de superfície crítica e locais característicos para os casos de processos MIMO deve ser bem estabelecido. Este método apresenta ainda muitos aspectos a serem pesquisados e propostas para solucionar vários aspectos teóricos e práticos devem ser lançados em breve. Aspectos práticos e teóricos do método DRF (Decentrilized Relay Feedback) que utiliza não linearidades do tipo relé para processo MIMO são abordados através de novas soluções para os múltiplos ciclos limites. Por fim, aplicações simuladas e experimentais parecem apontar para vantagens do projeto de controladores PID descentralizados através do método do ponto crítico, lembrando que a escolha do melhor método de projeto sempre depende de vários aspectos tais como da robustez, estabilidade e complexidade. Esgotar este contexto não constitui a proposta deste trabalho.
Abstract: This dissertation develops PI controllers (Proportional-Integral) and PID (Proportional-Integral-Dervativo) projects for SISO (Simple Input Simple Output) and MIMO (Multiple Input Multiple Output). The objective of this study is to combine the techniques of SISO and SISO PID controllers based on specification of gain and phase margins to synthesize a new design method of multivariable MIMO PID controllers with self-tuning or automatic tuning. Special emphasis is given to projects MIMO PID controllers using the relay method as frequency identification of the loops to be controlled. Two MIMO design methods are discussed in this work. These methods are applied in simulation systems and two practical applications: a process formed by neonatal incubator loops and a process of double attached tanks. These processes have strong interaction between control loops. The first method of multivariable design is a sequential design which the controllers are designed systematically and considering the interaction between loops for each step. This method is efficient and simple and has advantages such as: i) decentralized structure and sequential SISO design of control loops, ii) stability and robustness is guaranteed every step of the project; iii) the method is self-adjusting, therefore process knowledge is not required. The second method of multivariable controller design refers to a generalization of the Åström and Wittemark method, also known as critical point method for MIMO systems. The concept of critical surface and local characteristics for the cases of MIMO processes must be well established to design PID controllers with this approach. Many theoretical and practical aspects still need to be investigated in this method. Practical and theoretical aspects of the DRF method (Decentralized Relay Feedback) using nonlinearities like relay MIMO process are addressed through new solutions for multiple limit cycles. The present study showed that simulated and experimental applications seem to point to the advantages of decentralized PID controller design that utilizes the critical point method. The choice of the best method of project always depends on several aspects such as the robustness, stability and complexity, context and exhaust which are not the purpose of this study.
Descrição: BARÇANTE, G. M. Controle PID multivariável descentralizado: sintonia e aplicação prática. 2011. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/3959
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