Uma grande variedade de sistemas multivariáveis pode ser tratada por técnicas de controle monovariável. Os trabalhos encontrados na literatura para sistemas com atrasos são geralmente para sistemas monovariáveis. Neste trabalho a aplicação de técnicas de controle multivariáveis para sistemas dinâmicos com múltiplos atrasos na entrada é explorada. Consideramos a aplicação da técnica LQG/LTR (do inglês Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) para duas plantas exemplos. A primeira é um forno elétrico industrial usado nos processos de fundição de metal com 6 entradas e 6 saídas e a segunda é um sistema de uma coluna de destilação binária com 2 entradas e 2 saídas. Os dois modelos de planta apresentam múltiplos atrasos na entrada. Apresentamos resultados da simulação do controle LQG/LTR com comparações. / In a variety of cases multivariable systems can be treated as single-input, single-output (SISO) systems for control purposes. The works found in the literature for time-delay systems are generally for SISO systems. In this work the application of multivariable control techniques to dynamic systems with multiple time-delays in the input is explored. We consider the application of the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) technique to two study plants. The first is an electrical oven used in metal casting processes with 6 inputs and 6 outputs and the second a column of binary distillation system with 2 inputs and 2 outputs. The two plant models present multiple time-delays in the input. We present the LQG/LTR control simulation results along with comparisons.

Uma grande variedade de sistemas multivariáveis pode ser tratada por técnicas de controle monovariável. Os trabalhos encontrados na literatura para sistemas com atrasos são geralmente para sistemas monovariáveis. Neste trabalho a aplicação de técnicas de controle multivariáveis para sistemas dinâmicos com múltiplos atrasos na entrada é explorada. Consideramos a aplicação da técnica LQG/LTR (do inglês Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) para duas plantas exemplos. A primeira é um forno elétrico industrial usado nos processos de fundição de metal com 6 entradas e 6 saídas e a segunda é um sistema de uma coluna de destilação binária com 2 entradas e 2 saídas. Os dois modelos de planta apresentam múltiplos atrasos na entrada. Apresentamos resultados da simulação do controle LQG/LTR com comparações. / In a variety of cases multivariable systems can be treated as single-input, single-output (SISO) systems for control purposes. The works found in the literature for time-delay systems are generally for SISO systems. In this work the application of multivariable control techniques to dynamic systems with multiple time-delays in the input is explored. We consider the application of the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) technique to two study plants. The first is an electrical oven used in metal casting processes with 6 inputs and 6 outputs and the second a column of binary distillation system with 2 inputs and 2 outputs. The two plant models present multiple time-delays in the input. We present the LQG/LTR control simulation results along with comparisons.

Um problema-chave envolvendo processos químicos industriais é controlar, de forma confiável, eficiente e barata, a evolução dinâmica do sistema. Numa coluna de destilação, por exemplo, o objetivo do controle é manter a composição do destilado e do produto de fundo em torno de um valor desejado. As dificuldades operacionais e o alto custo dos analisadores industriais, existentes no mercado, usados na medição da composição têm motivado o projeto de sensores virtuais (soft sensors) para que, a partir de outras medições disponíveis, seja possível inferir de maneira online os valores das variáveis desejadas. Por outro lado, as redes neurais artificiais têm sido utilizadas em diversas aplicações práticas de engenharia, sendo possível usá-las para resolver problemas industriais complexos. Elas possuem diversas características que as fazem particularmente atrativas em aplicações envolvendo sistemas multivariáveis não lineares. Nesse trabalho, um estimador dinâmico virtual baseado em redes neurais é usado para inferir a composição de etanol destilado com base na temperatura e na pressão no interior da coluna, além das vazões de refluxo, do vapor no refervedor e da alimentação. Os resultados desse estudo poderão ser utilizados no desenvolvimento de futuros projetos envolvendo sensores virtuais aplicados ao controle e à otimização de processos industriais. / A key problem involving industrial chemical processes is to control the dynamic evolution of the system in a reliable, efficient and low cost way. In a distillation column, for example, the control objective is to keep the composition of both distillate and bottom product around a desired value. The operational difficulties and high cost of concentration analyzers, used for measuring the composition, have motivated the design of virtual sensors (soft sensors). They are used, in an online way, to infer the values of the desired variables from other available measurements. On the other hand, artificial neural networks have been used for solving many practical engineering applications involving complex industrial problems. They have several features, making them particularly attractive to applications involving nonlinear multivariable systems. In this work, a virtual estimator based on a dynamic neural network is used to infer the composition of distilled ethanol. Temperature and pressure within the column, and the flows of steam and reflux are used as inputs for the neural network. The results of this study can be used to develop future projects involving virtual sensors applied in control and optimization of industrial processes.

Um problema-chave envolvendo processos químicos industriais é controlar, de forma confiável, eficiente e barata, a evolução dinâmica do sistema. Numa coluna de destilação, por exemplo, o objetivo do controle é manter a composição do destilado e do produto de fundo em torno de um valor desejado. As dificuldades operacionais e o alto custo dos analisadores industriais, existentes no mercado, usados na medição da composição têm motivado o projeto de sensores virtuais (soft sensors) para que, a partir de outras medições disponíveis, seja possível inferir de maneira online os valores das variáveis desejadas. Por outro lado, as redes neurais artificiais têm sido utilizadas em diversas aplicações práticas de engenharia, sendo possível usá-las para resolver problemas industriais complexos. Elas possuem diversas características que as fazem particularmente atrativas em aplicações envolvendo sistemas multivariáveis não lineares. Nesse trabalho, um estimador dinâmico virtual baseado em redes neurais é usado para inferir a composição de etanol destilado com base na temperatura e na pressão no interior da coluna, além das vazões de refluxo, do vapor no refervedor e da alimentação. Os resultados desse estudo poderão ser utilizados no desenvolvimento de futuros projetos envolvendo sensores virtuais aplicados ao controle e à otimização de processos industriais. / A key problem involving industrial chemical processes is to control the dynamic evolution of the system in a reliable, efficient and low cost way. In a distillation column, for example, the control objective is to keep the composition of both distillate and bottom product around a desired value. The operational difficulties and high cost of concentration analyzers, used for measuring the composition, have motivated the design of virtual sensors (soft sensors). They are used, in an online way, to infer the values of the desired variables from other available measurements. On the other hand, artificial neural networks have been used for solving many practical engineering applications involving complex industrial problems. They have several features, making them particularly attractive to applications involving nonlinear multivariable systems. In this work, a virtual estimator based on a dynamic neural network is used to infer the composition of distilled ethanol. Temperature and pressure within the column, and the flows of steam and reflux are used as inputs for the neural network. The results of this study can be used to develop future projects involving virtual sensors applied in control and optimization of industrial processes.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MissileneSF_Dissert.pdf: 1294524 bytes, checksum: b3601c72fef0c8416a12dd43f864d044 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The proposal for this study is to obtain an adaptive controller by feedback states for fourth order time-varyng multivariable systems or with parametric uncertainty. Alternatively the difficulties and limitations involving the usual methods of synthesis of optimal controllers for this class of systems, through the investigation of an algorithm based on particles swarm optimization with good tuning of parameters, we seek to define a flexible structure for applications that require decision making and online estimation of the feedback matrix parameters. The controller developed should provide, for every execution, not only system stability, but at the same time, provides compliance to the performance indexes set, without the need to perform complex and expensive mathematical calculations, eliminating thus the subjective components of analysis and design / É proposta neste trabalho a obtenção de um controlador adaptativo por realimentação de estados para sistemas multivariáveis de quarta ordem variantes no tempo e com incertezas paramétricas. Em alternativa às dificuldades e limitações envolvendo os métodos usuais de síntese de controladores ótimos para esta classe de sistemas, por meio da investigação de um algoritmo baseado na otimização por enxame de partículas com boa sintonia dos parâmetros, busca-se a definição de uma estrutura flexível destinada a aplicações que demandem a tomada de decisão e estimação em tempo real dos parâmetros da matriz de realimentação. O controlador desenvolvido deverá fornecer, a cada execução, não somente estabilidade ao sistema, mas ao mesmo tempo, propiciar observância aos índices de desempenho fixados, sem a necessidade da realização de cálculos matemáticos complexos e dispendiosos, eliminando, dessa forma, as componentes subjetivas de análise e projeto

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Rocha Lopes.pdf: 1075564 bytes, checksum: 01e184ed6d7c65323c0dfc1515da19a3 (MD5) Previous issue date: 2011-04-04 / Due to the increasing of technological development and its associated industrial applications, control design methods to attend high performance requests and reinforcement learning are been developed, not only, to solve new problems, as well as, to improve the performance of implemented controllers in the real systems. The reinforcement learning (RL) and discrete linear quadratic regulator (DLQR) approaches are connected by adaptive dynamic programming (ADP). This connection is oriented to the design of optimal controller for multivariable systems (MIMO). The proposed method for DLQR controllers tuning can been heuristic guidance for biased variations in weighting matrices of instantenous reward. The heuristics performance are evaluated in terms of convergence of heuristic dynamic programming (HDP) and action dependent (AD-HDP) algorithms. The algorithms and tuning are evaluated by the capability to map the plane-Z in MIMO dynamic system of third order. / Em decorrência do crescente desenvolvimento tecnológico e das consequentes aplicações industriais, técnicas de controle de alto desempenho e aprendizado por reforço estão sendo desenvolvidas não só para solucionar novos problemas, mas também para melhorar o desempenho de controladores já implementados em sistemas do mundo real. As abordagens do aprendizado por reforço e do regulador linear quadrático discreto (DLQR) são conectadas pelos métodos de programação dinâmica adaptativa. Esta união é orientada para o projeto de controladores ótimos em sistemas multivariáveis (MIMO). O método proposto para sintonia de controladores DLQR fornece diretrizes para construção de heurísticas polarizadas que são aplicadas na seleção das matrizes de ponderação da recompensa instantânea. Investiga-se o desempenho das heurísticas associadas com a sintonia de controladores lineares discretos e aspectos de convergência que estão relacionados com as variações QR nos algoritmos de programação dinâmica heurística (HDP) e Ação Dependente (ADHDP). Os algoritmos e a sintonia são avaliados pela capacidade em estabelecer a política de controle ótimo que mapeia o plano-Z em um sistema dinãmico multivariável de terceira ordem.