Dissertação de mestrado
Estudo e aplicação de controle preditivo baseado em modelo para uma torre de resfriamento
Fecha
2020-10-27Autor
Giardini, Douglas De Almeida [UNIFESP]
Institución
Resumen
The current industrial landscape has approximately 90% of the controllers being of the regulatory type (PID), which provides more security and control for industrial processes. However, this type of control can be improved, since it presents limitations in relation to its employability, usually due to a high variability in the process, excessive control actions and possible constraints. As a strategy to take into account the process constraints, while seeking to improve operating conditions (to reduce energy demand, or consumption of raw materials and / or to increase production), the model predictive control (MPC) technique is seen as a viable possibility to meet such demands, acting in a higher layer than PID (as a cascade). Model predictive control differs from traditional feedback control by making predictions within a time horizon, being able to provide better control actions for the process. In this work, the predictive control technique was applied to a cooling tower, being able to use air and water flows as the input variables and the water temperature at the outlet of the tower as an output variable. The adopted methodology consisted of the development of two fundamental steps: i) characterization of the unit operation and ii) implementation of the predictive controller. The operation modeling is phenomenological and consists of a set of partial differential equations. For the simulation of this system, the equations were solved using the method of lines to obtain the temperature profiles along the tower for air and water. After completing the modeling of the unit operation, a MPC controller with different dynamics for the process simulation was implemented for performance analysis, the first one named Nominal (prediction and simulation via linear model) and the second with uncertainty (prediction by the linear model and simulation by the phenomenological model). The best result obtained was for the MPC with uncertainty, reaching the 20ºC set-point after 96 minutes of operation, the maximum air flow of 3.17,106 m³.h-1 and without undershoot. O panorama industrial atual possui aproximadamente 90% dos controladores sendo do tipo regulatório (PID), o que proporciona maior segurança e controle para os processos industriais. Contudo, esse tipo de controle pode ser aperfeiçoado, uma vez que apresenta limitações com relação à sua empregabilidade, muitas vezes, por conta de sua alta variabilidade no processo, demasiada intensidade de ações de controle e possíveis restrições. Como uma estratégia para levar em conta as restrições de processo, ao mesmo tempo em que se busca a melhoria das condições operacionais (reduzir a demanda energética, consumo de matéria-prima e/ou aumento na produção), vê-se a técnica de controle preditivo baseado em modelo (MPC) como uma possibilidade viável para atender tais demandas, atuando em uma camada superior ao PID (cascata). O controle preditivo se diferencia do controle feedback tradicional por realizar predições dentro de um horizonte temporal, sendo capaz de fornecer melhores ações de controle para o processo. Neste trabalho, aplicou-se a técnica de controle preditivo a uma torre de resfriamento, podendo utilizar a vazão de entrada do ar e da água como as variáveis de entrada e a temperatura da água na saída da torre como variável de saída. A metodologia adotada consistiu no desenvolvimento de duas etapas fundamentais: i) caracterização da operação unitária e ii) construção do controlador preditivo. A modelagem da operação é do tipo fenomenológica e consiste em um conjunto de equações diferenciais parciais. Para a simulação deste sistema, as equações foram resolvidas utilizando o método das linhas para obtenção dos perfis de temperatura ao longo da torre, para o ar e a água. Após a modelagem da operação unitária, realizou-se a implementação de um controlador MPC com diferentes dinâmicas de simulação do processo para análise de performance, sendo a primeira denominada nominal (predição e simulação via modelo linear) e a segunda com incerteza (predição pelo modelo linear e simulação pelo modelo fenomenológico), em que o melhor resultado obtido foi para o MPC com incerteza, atingindo o set-point de 20ºC após 96 minutos de operação, a vazão máxima de ar de 3,17.106 m³.h-1 e sem undershoot.
Ítems relacionados
Mostrando ítems relacionados por Título, autor o materia.
-
Electronic Government and Public expenditure control through new technologies. A preliminar and critical approach to e-control
Rincón-Cárdenas, Erick (Universidad del Rosario, 2010)Within the framework of the globalization that today surrounds our economies, the incorporation to our scope of the new technologies of the information and the communication, is without a doubt one of the landmarks to ... -
Avaliação do impacto das ações do Programa de Controle da Esquistossomose no controle das geo-helmintoses em São João Evangelista, Minas Gerais, Brasil, entre 1997 e 2013
Silva, Antônio Carlos Lima e; Diniz, Maria Cecília Pinto; Fonseca, Elivelton da Silva; Enk, Martin Johannes; Rodrigues, Nilton Barnabé