Trabalho de disciplina Controle Avançado – COQ 892

Apresentação em tema: "Trabalho de disciplina Controle Avançado – COQ 892"— Transcrição da apresentação:

1 Implementação de Controle Preditivo em reator de polimerização de estireno
Trabalho de disciplina Controle Avançado – COQ 892 André Felipe Ferreira de Souza Dez/2016

2 Referência

3 Cinética

4 Sistema Balanço de Massa e Energia Equações Auxiliares
Fontes de não-linearidade (funções polinomiais) Técnica dos Momentos Infinidade de Cadeias

5 Estratégia de Controle
Controlar a temperatura do reator e as propriedades do polímero contra eventuais perturbações nas entradas do processo (temperatura, concentrações e vazões da carga) manipulando-se a vazão da corrente de resfriamento e a vazão de iniciador. Implementação: Linearização do modelo não-linear; Modelo do controlador na forma de espaço de estado discretizado; Cenários de perturbações não medidas na temperatura da carga e na concentração da corrente de alimentação de monômero; Escalonamento das variáveis e sintonia inicial do controlador preditivo via toolbox do Matlalb para o caso nominal; Simulação dos cenários via função mpcmove do matlab; Comparação com PID multimalha implementado e sintonizado via simulink; Análise de robustez simulando a dinâmica da planta através do modelo não linear (função ode15s matlab)

6 Linearização

7 Resultados (Perturbação do tipo degrau na temperatura de alimentação)
Malha Aberta Cenário Tss = 323,6 K Tfss = 330,0 K Tf = Tfss + 5K; hss = 3,8967 Características não lineares acentuadas; Ponto de Bifurcação no digrama de soluções; Obs: ss – steady state, ponto de operação/equilíbrio Digrama de soluções ilustrativo, não representa o sistema em análise

8 Resultados (Perturbação do tipo degrau na temperatura de alimentação)
MPC x PID (caso nominal) Pareamento TxQc e hxQi teve melhor performance no PI; A sintonia do PI foi feita sob restrições de saturação das manipuladas; MPC mostrou performance superior eliminado o offset em curto intervalo de tempo Sintonia PI Sintonia MPC

9 Resultados (Perturbação do tipo degrau na temperatura de alimentação)
Sintonia MPC Variável Desvio

10 Resultados (Perturbação do tipo degrau na temperatura de alimentação)
Planta Linear x Planta não Linear A performance do MPC piorou com a simulação não-linear da planta; A vazão de resfriamento ficou 2x maior em relação ao caso nominal; A sintonia foi idêntica para ambos os casos.

11 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
Malha Aberta Cenário Tss = 323,6 K Mfss = 330,0 K Mf = Mfss + 10 mol/L; hss = 3,8967 Erro maior e ocorre no início da dinâmica; Para viscosidade o modelo linear não é capaz de prever a mudança de direção observada na dinâmica não-linear. Obs: ss – steady state, ponto de operação/equilíbrio

12 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
MPC x PID (caso nominal) Pareamento TxQc e hxQi teve melhor performance no PI; A sintonia do PI foi feita sob restrições de saturação das manipuladas; MPC mostrou performance superior eliminado o offset em curto intervalo de tempo Sintonia PI Sintonia MPC

13 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
Sintonia MPC Variável Desvio

14 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
Planta Linear x Planta não Linear O controlador não foi capaz de eliminar o offset; A viscosidade ficou próxima do set-point point mas com oscilação; A temperatura ficou oscilando afastada do set-point; A restrição de vazão da camisa máxima ficou ativa Para perturbações mais brandas o controlador consegue eliminar o offset (mesmo com desvios não-lineares sendo observados em relação ao modelo linear)

15 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
QDMC x Adapt (+6 mol/L) Ambas implementações não eliminaram offset; A adaptativa foi capaz de aproximar-se do set-point de forma mais eficaz Sintonia MPC

16 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
Sintonia MPC

17 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
QDMC x Adapt (+10 mol/L) Ambas implementações não eliminaram offset; A adaptativa foi capaz de eliminar oscilação; As restrições tornaram-se ativas Sintonia MPC

18 Resultados (Perturbação do tipo degrau na concentração de monômero)
Sintonia MPC

19 Considerações Finais A implementação do MPC linear apresentou desempenho superior ao PI multimalha; Dada a proximidade da operação da planta de pontos de bifurcação o erro de predição é elevado inviabilizando a implementação; É sugerido a implementação do controle não-linear Mostrou-se que o modelo do processo é crítico para o desempenho do controlador podendo gerar offset na variável controlada; Importância da dinâmica no dimensionamento dos equipamentos de controle (ex: resfriamento);