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Title: Projeto de controladores PID multivariáveis baseado em dados frequenciais.
Other Titles: Data-Driven Multivariable PID Controller Design frequency.
Diseño de controlador PID multivariable basado en datos frecuencia.
???metadata.dc.creator???: AGUIAR, Anna Paula Virgolino de Andrade.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BARROS, Pericles Rezende.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: ACIOLI JÚNIOR, George.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SERRES, Alexandre Jean René.
???metadata.dc.contributor.referee2???: CAMPESTRINI, Lucíola.
???metadata.dc.contributor.referee3???: LONGHI, Luis Gustavo Soares.
???metadata.dc.contributor.referee4???: SILVA, Jaidilson Jó da.
???metadata.dc.contributor.referee5???: DÓREA, Carlos Eduardo Trabuco.
Keywords: Engenharia elétrica;Instrumentação eletrônica;Controle e automação;PID;Controle centralizado;Processo Multivariável;Electrical engineering;Electronic instrumentation;Control and automation;Centralized control;Decoupler;Multivariable process;Ingeniería eléctrica;Instrumentación electrónica;Controlar y automatización;Control centralizad
Issue Date: 5-Jul-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: AGUIAR, Anna Paula Virgolino de Andrade. Projeto de controladores PID multivariáveis baseado em dados frequenciais. 2023. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/35893
???metadata.dc.description.resumo???: O controlador proporcional integral derivativo (PID) ainda é o mais utilizado na indústria. Muitas das técnicas de projeto do PID são baseados no modelo do processo e formulados para sistemas com uma entrada e uma saída. O desempenho desejado pode não ser alcançado por má sintonia do controlador, o que pode ocorrer devido a erros de modelagem. Este problema pode ser evitado usando dados do processo e não o modelo paramétrico do processo do controlador. Processos multivariáveis (MIMO) são frequentemente encontrados na indústria. Nesses processos, o controlador de uma malha fechada afeta o bom desempenho das outras malhas, devido à interação existente entre as diferentes malhas. Dentre as maneiras de solucionar o problema da interação entre as malhas estão o uso do controlador centralizado ou do controlador descentralizado com desacoplador. Nesta Tese, duas técnicas projeto e uma de reprojeto do controlador PI/PID MIMO e uma metodologia de avaliação e reprojeto do desacoplador invertido são desenvolvidos. As técnicas de projeto são formuladas como problema de otimização convexa, cujo objetivo é minimizar a norma infinita da diferença entre as funções ganho de malha projetada e desejada. Restrições expressas por LMI são inseridos ao problema de maneira a garantir a estabilidade da malha fechada projetada. A diferença entre as duas técnicas é a restrição adicionada. Na técnica de reprojeto, os incrementos dos parâmetros do controlador PI/PID inicial são calculados de maneira que a nova malha fechada se aproxime de um modelo de referência. Nessa técnicas, dados no domínio da frequência são utilizados e a identificação do modelo paramétrico do processo não é necessária. A avaliação do desacoplador invertido é realizada calculando um índice de erro do desacoplador em uma determinada frequência. Caso esse erro não seja próximo de zero, os parâmetros do desacoplador invertido são reprojetados de maneira a reduzir este índice. Exemplos de simulação mostram a efetividade da técnicas em processos de diferentes ordens.
Abstract: The proportional integral derivative (PID) controller is still the most used in industry. Many of the PID design techniques are based on the process model and formulated for systems with one input and one output. The desired performance may not be achieved due to poor controller tuning, which may occur due to modeling errors. This problem can be avoided by using process data and not the controller's parametric process model. Multivariable processes (MIMO) are often found in industry. In these processes, the controller of a closed loop affects the good performance of other loops, due to the interaction between the different loops. Among the ways to solve the problem of interaction between the meshes are the use of a centralized controller or a decentralized controller with a decoupler. In this Thesis, two design and one redesign techniques for the PI/PID MIMO controller and an evaluation and redesign methodology for the inverted decoupler are developed. The design techniques are formulated as a convex optimization problem, whose objective is to minimize the infinite norm of the difference between the designed and desired mesh gain functions. Constraints expressed by LMI are inserted into the problem in order to guarantee the stability of the designed closed loop. The difference between the two techniques is the added constraint. In the redesign technique, the increments of the initial PI/PID controller parameters are calculated so that the new closed loop approaches a reference model. In these techniques, data in the frequency domain are used and the identification of the parametric model of the process is not necessary. Inverted decoupler evaluation is performed by calculating a decoupler error index at a given frequency. If this error is not close to zero, the inverted decoupler parameters are redesigned in order to reduce this index. Simulation examples show the effectiveness of techniques in processes of different orders.
???metadata.dc.description.resumen???: El controlador proporcional integral derivado (PID) sigue siendo el más utilizado en la industria. Muchas de las técnicas de diseño PID se basan en el modelo de proceso y están formuladas para sistemas con una entrada y una salida. Es posible que no se logre el rendimiento deseado debido a un ajuste deficiente del controlador, lo que puede ocurrir debido a errores de modelado. Este problema se puede evitar utilizando datos de proceso y no el modelo de proceso paramétrico del controlador. Los procesos multivariables (MIMO) se encuentran a menudo en la industria. En estos procesos, el controlador de un lazo cerrado incide en el buen desempeño de otros lazos, debido a la interacción entre los diferentes lazos. Entre las formas de solucionar el problema de la interacción entre las mallas se encuentra el uso de un controlador centralizado o un controlador descentralizado con desacoplador. En esta Tesis se desarrollan dos técnicas de diseño y una de rediseño del controlador PI/PID MIMO y una metodología de evaluación y rediseño del desacoplador invertido. Las técnicas de diseño se formulan como un problema de optimización convexa, cuyo objetivo es minimizar la norma infinita de la diferencia entre las funciones de ganancia de malla diseñadas y deseadas. Las restricciones expresadas por LMI se insertan en el problema para garantizar la estabilidad del circuito cerrado diseñado. La diferencia entre las dos técnicas es la restricción adicional. En la técnica de rediseño, los incrementos de los parámetros iniciales del controlador PI/PID se calculan de modo que el nuevo circuito cerrado se acerque a un modelo de referencia. En estas técnicas se utilizan datos en el dominio de la frecuencia y no es necesaria la identificación del modelo paramétrico del proceso. La evaluación del desacoplador invertido se realiza calculando un índice de error del desacoplador a una frecuencia determinada. Si este error no es cercano a cero, los parámetros del desacoplador invertido se rediseñan para reducir este índice. Los ejemplos de simulación muestran la efectividad de las técnicas en procesos de diferentes órdenes.
Keywords: Engenharia elétrica
Instrumentação eletrônica
Controle e automação
PID
Controle centralizado
Processo Multivariável
Electrical engineering
Electronic instrumentation
Control and automation
Centralized control
Decoupler
Multivariable process
Ingeniería eléctrica
Instrumentación electrónica
Controlar y automatización
Control centralizad
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/35893
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