Orientador: Joao Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passos_WlamirdeAlmeida_M.pdf: 6622683 bytes, checksum: 09020aa002fe289905bdd3821461cf35 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Durante os últimos anos tem ocorrido uma grande evolução tecnológica na área de sistemas embarcados, abrangendo inovações tanto em hardware como em software. Tais inovações permitem o desenvolvimento de novas metodologias de projeto que levem em conta a facilidade de futuras modificações, modernizações e expansões do sistema projetado. Este trabalho apresenta um estudo de novas ferramentas de projeto para sistemas baseados em lógica reconfigurável. A principal motivação deste trabalho é a apresentação de ferramentas para prototipagem rápida baseadas em computação reconfigurável para implementação de protótipos de sistemas Embarcados. Será abordada a evolução deste tipo de tecnologia bem como os softwares de desenvolvimento disponíveis. Será também abordado um estudo de caso na área de Acionamento e Controle de Sistemas Mecatrônicos bem como a sua implementação e teste utilizando-se a técnica HIL - Hardware In the Loo / Abstract: In the last years, there has been a great technologic evolution in the embedded systems area, covering innovations both in hardware and software. Those innovations allow the development of new project methodologies that considers the facility of future modifications, upgrades and expansions for the system. This work shows a study about new design tools made for systems based on reconfigurable computation. The main motivation of this work is the presentation of tools for fast prototyping based on prototyping seeking the implementation of prototypes of embedded systems. It will be discussed the evolution of this type of technology as well as the available development software. It will be also discussed a case study on mechatronic control system as well as it¿s implementation and tests using Hardware In the Loop (HIL) techniques / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-18T11:49:36Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Freire de Carvalho - 2017.pdf: 23722781 bytes, checksum: 3e99befa0116cb9ca768d092c541c055 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-18T11:50:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Freire de Carvalho - 2017.pdf: 23722781 bytes, checksum: 3e99befa0116cb9ca768d092c541c055 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T11:50:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Freire de Carvalho - 2017.pdf: 23722781 bytes, checksum: 3e99befa0116cb9ca768d092c541c055 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-20 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This work presents study of nonlinear predictive controller, tuned by optimization process, applied to independent excitation DC motor speed control, controlled by fully controlled three phase rectifier. The methodology starts from the construction of the workbench that represents the real system followed by the development and validation of the computational model. The optimization process promotes the obtaining of optimized parameters for the nonlinear model based predictive controller to be implemented in the real process. Comparisons are made between the control technique proposed with classical control techniques, in computational and real environment. The results indicate the prominence of the proposed technique to be used in control of non-linear systems where seeks smaller errors even with disturbance insertions. / Este trabalho apresenta estudo de controlador preditivo não linear, sintonizado por processo de otimização, aplicado ao controle de velocidade de motor de corrente contínua de excitação independente acionado por retificador trifásico totalmente controlado. A metodologia parte da construção da bancada que representa o sistema real seguida pelo desenvolvimento e validação de modelo computacional. O processo de otimização, promove a obtenção de parâmetros otimizados para o controlador preditivo não linear baseado em modelos a serem implementados no processo real. São realizadas comparações entre a técnica de controle proposta com técnicas de controle clássicas, em ambiente computacional e real. Os resultados indicam a proeminência da técnica proposta a ser empregada em controle de sistemas não lineares onde busca-se menores erros mesmo com inserção de distúrbios.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2018-01-10T15:49:59Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Nunes Hidalgo Monteiro Dias - 2017.pdf: 14690145 bytes, checksum: d12e70a2cd0ee1087a184468c55f0b08 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-01-11T11:02:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Nunes Hidalgo Monteiro Dias - 2017.pdf: 14690145 bytes, checksum: d12e70a2cd0ee1087a184468c55f0b08 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-11T11:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Nunes Hidalgo Monteiro Dias - 2017.pdf: 14690145 bytes, checksum: d12e70a2cd0ee1087a184468c55f0b08 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-27 / This work presents a comparison between Fuzzy and dynamic matrix controllers. These controllers are applied to the direct current (DC) motor speed control, triggered by fully controlled three-phase rectifier. The construction of the real system and the development and validation of the computational model are described. The controllers’ parameters are obtained through an optimization process. Both control techniques are compared and results indicate better performance of the optimized controllers, which suggest their promise in nonlinear systems’ control, in which seeks out control without error, that fulfills well its duty and its able to resist the fatigues. / Este trabalho apresenta o comparativo entre os controladores Fuzzy e matriz dinâmica. Estes controladores são aplicados ao controle de velocidade do motor de corrente contínua, acionado por retificador trifásico totalmente controlado. A metodologia parte da construção do sistema real e do desenvolvimento e validação do modelo computacional. A obtenção dos parâmetros dos controladores é realizada através do processo de otimização. Realiza-se análise comparativa entre as técnicas de controle e os resultados apontam para a proeminência de controladores sintonizados via processo de otimização como técnica promissora a ser empregada em controle de sistemas não lineares, nos quais buscam-se controle em que não há erro, que cumpra bem o seu dever e apto para resistir às fadigas.

Um dos desafios que ainda precisa ser superado com o objetivo de melhorar o desempenho do controle preditivo (MPC) é a sua manutenção. Reidentificação do processo é uma das melhores opções disponíveis para atualizar o modelo interno do MPC, a fim de melhorar seu desempenho. No entanto, o processo de reidentificação é dispendioso. Pesquisadores propuseram dois métodos diferentes, capazes de detectar divergências entre o processo real e o seu modelo, através da análise de correlações parciais. Utilizando essas técnicas, ao invés de reidentificar todos os sub-modelos do processo, apenas algumas entradas com divergência significativas teriam que ser perturbadas e somente a parte degradada do modelo seria atualizada. Entretanto, não há informações suficientes e análises sobre a influência das estruturas de modelo nos resultados das correlações parciais. Além disso, apesar de ambas as abordagens serem eficientes na detecção de divergências significativas, elas não fornecem informações suficientes sobre a sua quantificação. Esta dissertação de mestrado demonstra que o método de Carlsson (2010) é uma solução particular do método de Badwe et al. (2009), quando os modelos utilizados no processo de identificação são estruturas FIR. Além disso, alguns outros tipos de estruturas serão estudados, de modo a verificar se eles são adequados para a análise da correlação parcial, com o objetivo de detectar esse tipo de divergência. Quanto à limitação da detecção do nível da divergência entre o modelo e a planta, este trabalho propõe um projeto inicial de um novo método para resolver este problema, através da adição de ruído branco off-line nos dados coletados do processo, com diferentes variações antes da análise da correlação parcial. Um estudo de caso simulado é mostrado, que confirma a eficácia desta nova técnica. Finalmente, são apresentadas as conclusões encontradas e as possibilidades para estudos futuros. / One of the challenges that still needs to be overcome in order to improve the performance of the model predictive control (MPC) is its maintenance. Re-identification of the process is one of the best options available to update the internal model of the MPC, in order to improve performance. However, re-identification is costly. Researchers have proposed two different methods able to detect plant mismatch through partial correlation analysis. Using these techniques, instead of re-identifying all the sub-models in the process, only a few inputs with significant mismatch would have to be perturbed and only the degraded portion of the model would be updated. Nevertheless, there is not enough information and analysis about the influence of the model structures for identification on partial correlation results. Besides, although both approaches are efficient in detecting significant mismatches, they do not provide enough information about its magnitude. This masters thesis demonstrates that the Carlssons method (2010) is a particular solution of the Badwe et al.s method, when the models used on the identification process are FIR structures. Moreover, some other types of structures will be analyzed in order to check if they are suitable for the partial correlation procedure to detect plant mismatches. Concerning the limitation of the detection the level of plant-mismatch, this thesis proposes a starting project of a new method to address this issue by adding offline white noise to the collected data from the process with different variances before analyzing the partial correlation. A simulation case study is shown that confirms the efficacy of this new technique. Finally, conclusions and possible future studies are presented.

Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma estratégia de integração da otimização com o controle preditivo multivariável em uma camada. Os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente em um mesmo algoritmo. A função objetivo econômica foi inserida no controlador na sua forma diferencial, ou seja, o gradiente da função objetivo econômica. O método foi testado por simulação para o caso do sistema reator regenerador da UFCC (Unit of Fluid Catalytic Cracker). Esta dissertação descreve a estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo incorpora componentes dinâmicos e estáticos. Para a determinação das condições ótimas do processo no estado estacionário do conversor (unidade de craqueamento catalítico) foi utilizado um modelo empírico do processo. A melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto ótimo de operação, maximizando lucro ou produto de maior valor agregado, desde que não sejam violadas as restrições de processo, é predita utilizando um modelo dinâmico, obtido através de dados de testes em degrau em um modelo rigoroso. Este modelo linear possibilitou a obtenção das funções de transferência do processo e o modelo em variáveis de estado. O ponto ótimo que é obtido na execução deste algoritmo, leva em consideração a não violação das restrições das variáveis manipuladas e controladas do processo, tanto para o estado estacionário como para o transiente do problema. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de uma rotina de programação quadrática da biblioteca do Matlab. Uma segunda alternativa apresentada para a estratégia de otimização deste trabalho, é a inclusão do gradiente reduzido na função objetivo do controlador quando são observadas violações das restrições das variáveis controladas. Os resultados simulados através de um modelo não linear rigoroso (Moro&Odloak,1995) mostram um bom desempenho dos algoritmos aqui desenvolvidos tanto com relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade. / This dissertation aims to develop a strategy to integrate the optimization problem of the plant into the model predictive controller in a one layer strategy, for the real time optimization or online optimization. The control and the optimization of the process are computed simultaneously in the same algorithm. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller instead of in its regular form. Thereby, this work describes a predictive control strategy, which can be classified as a one layer strategy and whose objective function has to be optimized obeying constraints, which incorporates dynamic and static components. The optimal conditions of the process in the steady state are defined through the use of an empirical process model. Furthermore, the best trajectory to be followed in order to reach the optimal conditions, without violating the constraints, maximizing profit or the production of its more valuable product, is predicted through the use of the dynamic model, that can be obtained through a plant step test. As a result transfer function and state space models are obtained. The optimal operation point is achieved through the execution of the proposed algorithm. Therefore, the solution to the optimization/control problem will always be in a feasible region, in other words, without violating the process manipulated or controlled variable constraints for both stationary and transient states of the problem. The non-linear optimization problem resulted from the implementation of the proposed algorithm is solved through the quadratic programming routine from the Matlab library. The second online optimization strategy proposed in this work is one that considers the reduced gradient method algorithm modified to evaluate the predicted trajectory. As a result, any violation of the manipulated or controlled variable constraints is prevented and this variable is not considered in the next step of the calculation of the predicted trajectory or even in the search direction of the optimization. Finally the simulations results obtained through the use of a nonlinear rigorous model (Moro&Odloak,1995) presents good performance for the algorithms here proposed, not only related to economic benefits, but also in order to stabilize the unit.

Neste trabalho foram desenvolvidas duas técnicas de sintonia para controladores preditivos por modelo. Ambas visam minimizar a soma do erro quadrático entre respostas do sistema em malha fechada e trajetórias de referência pré-definidas; a primeira resolve um problema de otimização lexicográfica enquanto a segunda resolve um problema de otimização de compromisso. As vantagens dos métodos apresentados são: maior automatização, definição de objetivos de sintonia intuitiva que considera especificações na dinâmica do processo, uma métrica no domínio do tempo e é capaz de incluir o conhecimento do engenheiro de controle em uma técnica de sintonia confiável. Um estudo de caso no sistema de craqueamento catalítico ilustrou a flexibilidade de definição dos objetivos da técnica lexicográfica. Um estudo de caso sobre uma coluna de fracionadora de óleo pesado em malha fechada com um controlador preditivo por modelo comparou ambas as estratégias de sintonia desenvolvidas aqui e pode-se concluir que a técnica lexicográfica dá prioridade aos objetivos importantes enquanto a técnica de compromisso calcula uma solução média, com respeito aos objetivos. A técnica de compromisso foi comparada a um método de sintonia da literatura quanto a aplicação em um controlador preditivo de horizonte infinito com targets para as entradas e controle por faixas das saídas com uma coluna de destilação. Observou-se que a técnica desenvolvida aqui é computacionalmente mais rápida e não requer a escolha de uma solução não-dominada dentre um conjunto de soluções de Pareto. Aplicações reais de controle preditivo são severamente afetadas por incerteza de modelo. Estendeu-se as técnicas desenvolvidas aqui para considerar o caso de incerteza multi-planta, calculando parâmetros de sintonia robustos para controladores nominais, visando tratar o compromisso entre performance e estabilidade e robustez da malha fechada. Um controlador preditivo de horizonte infinito foi sintonizado de forma robusta e comparado com um controlador preditivo robusto em malha fechada com um modelo de separadora C3/C4. Observou-se que este consegue controlar melhor o processo, entretanto, tem um tempo de computação duas ordens de grandeza maior que o controlador nominal, em operação on-line. / Two multi-objective optimization based tuning techniques for Model Predictive Control (MPC) were developed. Both take into account the sum of the squared errors between closed-loop trajectories and reference responses based on pre-defined goals as tuning objectives; one solves a lexicographic optimization to obtain an optimum set of tuning parameters (LTT), whereas the other solves a compromise optimization problem (CTT). The main advantages are an automated framework, and straightforward goal definition, which are capable of taking into account a specification on the process dynamics, a time-domain metrics, and of embedding the control engineers knowledge into a reliable approach. A fluid catalytic cracking tuning case study unveiled the goal definition flexibility of the LTT, with respect to output tracking and variable coupling. A heavy oil fractionator in closed-loop with a MPC case study compared both tuning techniques developed here, and it was observed that the LTT in fact prioritizes the main objectives, whereas the CTT yields an average solution, in terms of the tuning objectives. The CTT was compared to another multi-objective tuning technique from the literature, in the tuning of a MPC with input targets and output zone control in closed-loop with a crude distillation unit model. The simulation results showed that the CTT allows for faster results, regarding the computational time to compute the tuning parameters and there is no need of a posteriori decisions to select the best non-dominated solution. Real MPC applications are strongly hindered by model uncertainty. This limitation was addressed by the extension of the tuning techniques to account for multi-plant model uncertainty, thus obtaining optimum robustly tuned parameters for nominal controllers, addressing the trade-off between robustness and performance. A robustly tuned Infinite Horizon MPC (IHMPC) was compared to a Robust IHMPC, in closed-loop with a C3/C4 splitter system model. It was observed in a simulation that even though the latter yields better output responses, it is two orders of magnitude slower than the former in online operation.

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T12:53:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BozaCondorena_EdwinGuido_D.pdf: 5093932 bytes, checksum: 505cbc2b6c875e35004ad875c0f0ac6a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na presente tese foram abordados problemas no contexto da produção de etanol de primeira e segunda geração. No caso de etanol de segunda geração foi abordado o problema de melhorar a eficiência da hidrolise enzimática, com as seguintes contribuições: (1) otimização da carga enzimática utilizando técnicas de modelagem por redes neurais. (2) substituição de um modelo com limitações na representatividade dos pontos experimentais obtido por desenho experimental pela superfície de resposta de um modelo de redes neurais que permite a exploração da região do ótimo no espaço de fatores e respostas. Os resultados obtidos mostram (1) boa precisão para a localização das coordenadas da região ótima de trabalho. (2) um mapeamento da evolução do processo com localização do ótimo global utilizando algoritmos genéticos e técnicas de computação evolutiva. No caso dos processos de produção de etanol de primeira geração foi estudado o problema do controle com modelo de um processo de fermentação continua com extração de etanol utilizando vácuo quando não se tem modelo fenomenológico disponível com as seguintes contribuições e resultados: (1) foi desenvolvida uma abordagem que integrou redes neurais artificiais, com o controle preditivo com modelo (MPC). (2) foram desenvolvidos modelos empíricos do processo com redes neurais artificiais (3) foi desenvolvida uma abordagem que utiliza o "conhecimento aprendido" pelas redes neurais o qual e armazenado em pesos sinápticos e bias. (4) foram desenvolvidos vários modelos empíricos de redes neurais para o monitoramento das concentrações de etanol que podem ser utilizados para desenvolver software sensores. (5) foram implementadas diferentes estruturas de controle preditivo com diferentes modelos internos de redes neurais para os controladores, com otimiza dor linear e não linear para o caso de estudo. Nos diferentes capítulos em que foram implementadas estruturas de controle integrando as redes neurais com a tecnologia MPC, se mostrou que, a abordagem desenvolvida e eficiente para os projetos dos sistemas de controle com modelo empírico / Abstract: In this thesis were studied problems in the context of ethanol production of first and second generation. In the case of second generation ethanol was studied the problem of improving the enzymatic hydrolysis efficiency, with the following contributions: 1) optimization of enzyme loading by using modeling techniques based on neural networks, 2) substitution of a model with limited representation capacity of the experimental points which was obtained by using experimental design by the response surface model of a neural network that allows the exploration of the space of factors and responses. The results show: 1) good accuracy in locating the coordinates of the optimum working region, 2) the mapping of the evolution of the process with the location of the global optimum by using genetic algorithms and evolutionary computing techniques. In case of the production of first generation ethanol was studied the problem of the control with process model of a fermentation process with continuous extraction of ethanol by using a vacuum system when there is no a phenomenological model available with the following contributions and results: 1) It was developed an approach in which were integrated artificial neural networks with model predictive control (MPC). 2) It were developed empirical process models by using artificial neural networks 3) It was developed an approach that uses the "learned knowledge" by neural networks which is stored in synaptic weights and bias. 4) It were developed several empirical models of neural networks for monitoring concentrations of ethanol that can be used to develop software sensors. 5) It were implemented different predictive control structures with different internal models based on neural networks for controllers with linear and non-linear optimizer to be applied on the case of study. In the different chapters in which were implemented control structures by integrating neural networks with MPC technology, it was showed that the developed approach is efficient to be applied in the designs of control systems with empirical model / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: João Maurício Rosário, Didier Dumur / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LaraMolina_FabianAndres_D.pdf: 6567422 bytes, checksum: 5d5531b99af8de161a3f8f390bcac8cf (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho visa o desenvolvimento, síntese e aplicação de um controlador baseado em controle preditivo generalizado para rastreamento de trajetórias de robôs paralelos. A finalidade é melhorar o desempenho dinâmico do robô paralelo através do desenvolvimento de controladores avançados que considerem características do robô tais como não-linearidades da dinâmica, incertezas paramétricas e distúrbios externos. Inicialmente é revisada a formulação do modelo dinâmico do robô paralelo que envolve: modelo geométrico, cinemático e dinâmico. À continuação é realizado o projeto dos controladores de posição no espaço das juntas: controladores de torque computado com PID na forma RST, controlador preditivo generalizado e robustificação com os parâmetros de Youla. A seguir, a dinâmica do robô paralelo e os controladores desenvolvidos são simulados no ambiente MATLAB/Simulink. Finalmente, é realizada a implementação experimental e validação dos controladores no robô Orthoglide no laboratório de robótica do IRCCyN, École Centrale de Nantes. O controlador preditivo generalizado robustificado melhora a resposta dinâmica em relação ao controlador de torque computado que tem sido amplamente utilizado nesta classe de robôs. Os resultados obtidos através da implementação experimental da lei de controle preditiva robustificada no robô Orthoglide e testes experimentais indicam que o desempenho dinâmico do robô é melhorado em termos das seguintes caraterísticas: precisão no rastreamento de trajetórias típicas para usinagem no espaço de trabalho, estas trajetórias são executadas com diferentes acelerações máximas; robustez a variação dos parâmetros do robô tais como mudança da carga na plataforma móvel, obtendo desta forma uma melhor regulação; e finalmente, atenuação do efeito do ruído de medição nos sensores no sinal de controle dos atuadores durante a execução de um movimento. Os resultados experimentais mostraram que o controlador preditivo generalizado robustificado aplicado no robô Orthoglide é eficiente frente as incertezas paramétricas e restrições no domínio do tempo, melhorando assim o desempenho dinâmico do robô com um custo computacional equivalente ao controle de torque computado / Abstract: This thesis addresses the development and application of a controller based on generalized predictive control to track a desired trajectory using parallel robots. The main purpose of this thesis is to improve the dynamical behavior with an advanced controller which considers the proper characteristics of the parallel robot such as no linear dynamics, parameters uncertainties and external disturbances. This work is divided into four parts. A first part formulates the complete dynamical model of the parallel robot, considering the geometrical, kinematic and dynamic modelling. Then, the joint space control is performed for the parallel robot using the computed torque controller in the RST form and the robustified generalized predictive control via Youla parameterization. A third part shows the simulation of the dynamic of the robot with the controllers in MATLAB/Simulink to establish a comparison between controllers. Finally, the controllers are implemented in the prototype and some experiments are performed on the Orthoglide robot at the laboratory of robotics, IRCCyN, Ecole Centrale de Nantes to assess the dynamic performance of the controllers. The experimental results show that the robustification of the generalized predictive control against parametric uncertainties including time domain constraints improves the dynamical behavior of the parallel robots. The experimental results shows that the the robustified generalized predictive control enhances the dynamic performance of is in terms of: tracking accuracy of trajectories used in milling process; robustness to parameters variation such as payload changing (on the end effector), therefore, a better regulation is obtained; and finally, attenuation of noise due to sensor measurement in control. Additionally, the robustification of the generalized predictive control applied on the Orthoglide robot improves the dynamical behavior compared to controllers widely used in parallel robots such as computed torque control with and equivalent computational cost / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Basilio Ernesto de Almeida Milani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:32:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VargasLara_JoseMaria_D.pdf: 1539805 bytes, checksum: cb3f1db3ea06ddceb5dac7d0f33c587c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho trata da síntese de um controlador preditivo adaptativo, baseado em modelos reduzidos obtidos mediante identificação orientada para controle preditivo. A metodologia proposta envolve duas áreas importantes para o sucesso do experimento de identificação. Na primeira, projeto de sinais de excitação, é mostrado como sinais de excitação pseudo-aleatórios multi-níveis podem ser projetados para atender com eficácia requisitos que sinais de excitação relevantes para controle devem satisfazer. Na segunda, modelagem de preditores, é abordada a modelagem por identificação de preditores de horizonte estendido. O objetivo central da metodologia proposta é o controle da remoção de matéria nitrogenada de uma planta de tratamento de esgotos por lodos ativados com pré-desnitrificação. A metodologia é aplicada para controlar a concentração de amônia mediante o controle do set-point de oxigênio dissolvido. A metodologia também é aplicada para o controle da concentração de nitrato no reator desnitrificante. Os controladores são avaliados em um estudo de simulação, mostrando a eficácia da metodologia proposta para o controle das concentrações de amônia e nitrato / Abstract: This work deals with the synthesis of an adaptive predictive controller, based on reduced models obtained via identification oriented to predictive control. The methodology proposed involves two important areas for the success of the identification experiment. In the first one, excitation signal design, it is shown how pseudo-random multilevel signals can be designed to effectively satisfy the requirements that excitation signals relevant for control should satisfy. In the second, predictor modelling, the identification of long-range horizon predictors is approached. The main objective of the proposed methodology is the control of the nitrogen removal in an predenitrifying activated sludge wastewater treatment plant. This methodology is applied to control the ammonium concentration in the denitrifying reactor. The controllers are evaluated in a simulation study, showing the effectiveness of the proposed methodology to control ammonium and nitrate concentrations / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Luís Cláudio Oliveira Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_ThiagoVazda_D.pdf: 18980163 bytes, checksum: 01508b929c51cbd2ad88d0be37d75084 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A consideração sistemática relacionada ao tratamento de falhas na estrutura de controle é essencial para se atingir as metas de um processo ao mesmo tempo seguro e produtivo. Nesse sentido, este trabalho propõe o estudo e a implementação de técnicas baseadas no controle reconfigurável com aplicações em processos químicos. Essa técnica está relacionada à etapa que lida com a falha no sistema em malha fechada, por meio de sua reconfiguração, evitando a evolução dos seus efeitos na estrutura de controle. Nesse estudo, a atenção é voltada ao rastreamento do comportamento nominal do sistema considerando as técnicas baseadas nos atuadores virtuais. O método considera o desvio da planta em relação ao seu comportamento nominal na presença de falhas em seus atuadores. Deste modo, se o distanciamento em relação ao comportamento nominal pode ser estabilizado por meio das redundâncias físicas e analíticas presentes no processo, o comportamento da planta sujeita à falha também pode ser estabilizado. Neste sentido, uma consideração sobre esse desvio no futuro é proposta, permitindo que técnicas baseadas no controle ótimo e preditivo sejam utilizadas. São consideradas especificamente falhas que comprometam o desempenho do processo quando existe a perda total ou parcial de suas variáveis de entrada. Com os componentes comprometidos devidamente localizados, a redistribuição dos sinais de controle da planta é encaminhada para que a estabilidade e desempenho do processo sejam assegurados. A concepção do atuador virtual com horizonte móvel possibilita o uso de técnicas de otimização, permitindo que as informações referentes às características físicas das redundâncias do processo sejam incluídas, evitando a saturação dos componentes utilizados durante o tratamento da falha. A validação da técnica proposta é avaliada experimentalmente em um processo de neutralização, no qual ferramentas de injeção de falhas são capazes de simular os efeitos de falha dos atuadores no processo real. As estratégias estudadas foram implementadas em um software em código aberto e foram testadas experimentalmente a partir do uso de comunicação OPC (Object Linking and Embedding for Process Control). Cenários com diferentes falhas afetando os atuadores do processo foram concebidos e avaliados. Em todos os estudos, observou-se a capacidade da ferramenta em efetuar a reconfiguração do sistema em malha fechada para mitigar os efeitos indesejáveis da falha. Com base nos resultados, conclui-se que a utilização das técnicas em cenários industriais é viável e pode garantir a operação estável do processo mesmo quando surjam falhas em seus componentes, consideradas as condições de controlabilidade e estabilizabilidade do sistema / Abstract: A systematic approach to fault handling in control loops is important to achieve safe and productive process goals. Therefore, the present work proposes the study and implementation of reconfigurable control methods with applications in chemical processes. This technique is related to the fault handling stage in the closed loop system by means of reconfiguration, preventing the progression of fault effects in the control structure. In this study, particular focus is given to virtual actuator based techniques for tracking nominal system behavior. The method considers the deviation of the plant in relation to its nominal behavior when there are faults in its actuators. Therefore, if the nonconformity from the nominal response can be stabilized using the process physical and analytical redundancies, the faulty plant behavior can also be stabilized. Hence, it is proposed the use of the deviation from the nominal system response in the future, enabling the use of optimal and predictive control techniques. Faults affecting process performance due to total or partial loss of input variables are particularly considered. Once the faulty components are located, input signal redistribution is determined in order to ensure process performance and stability. The moving horizon virtual actuator proposal provides the use of optimization techniques allowing information about physical characteristics of the process redundancies to be included, avoiding component saturation during the fault handling approach. The validation of the technique is performed experimentally in a neutralization process, in which fault injection tools are able to simulate the effects of actuators faults in the real process. The studied strategies were implemented using open-source software and tested experimentally by means of an OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) communication. Several fault scenarios considering actuator faults were planned and fulfilled for evaluation. The experimental tests showed that the proposed framework is capable of performing closed loop system reconfiguration to mitigate undesirable fault effects. Based on the results, it is concluded that using such a technique in industrial scenarios is feasible and can guarantee stable process operation even when there are faults in its components, considering system controllability and stabilizability conditions / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química