Estudo e projeto de sistemas de controle fuzzy Takagi-Sugeno em plantas de processos industriais

Abstract

La gran mayoría de los lazos de control en las plantas de producción industrial utilizan el clásico control Proporcional Integral Derivativo (PID), que no necesariamente puede garantizar un comportamiento adecuado debido a la complejidad de los modelos que rigen estos procesos. El gran uso del control PID es principalmente por su facilidad de implementación. En este trabajo se propone una metodología para abordar modelos de plantas de procesos industriales con el control Difuso Takagi-Sugeno (TS). Para lograr un error cero en las variables de salida de estado estable, se agrega un nuevo estado al sistema a través de una acción integral. En el modelo del sistema también se considera la saturación de los actuadores. Para acelerar la respuesta del sistema, se considera una asignación de tasas de decaimiento específicas para cada variable de estado. Para resolver el problema que, en aplicaciones prácticas, algunas o todas las variables de estado pueden no ser medibles, se considera un observador de estado Difuso TS. El diseño de las ganancias del controlador y del observador se obtuvo aplicando el principio de separación y con base en la teoría de Lyapunov utilizando Desigualdades de Matriciales Lineales (LMIs). La metodología propuesta se aplica a una planta térmica de vapor para generación eléctrica y en la simulación se verifica que se cumplen los requisitos de diseño para un amplio rango de operación.

A grande maioria das malhas de controle em plantas de produção industrial é com o clássico controle Proporcional Integral Derivativo (PID) que não necessariamente pode garantir um comportamento adequado devido à complexidade dos modelos que governam estes processos. O grande uso do controle PID é principalmente por sua facilidade de implementação. Neste trabalho, é proposto uma metodologia para abordar modelos de plantas de processos industriais com o controle Fuzzy Takagi-Sugeno (TS). Para conseguir um erro zero nas variáveis de saídas em regime permanente, um novo estado é adicionado ao sistema por meio de uma ação integral. No modelo do sistema também é considerado a saturação dos atuadores. Para acelerar a resposta do sistema é considerado uma atribuição de taxas de decaimento específico para cada variável de estado. Para resolver o problema de que em aplicações práticas, algumas ou todas as variáveis de estado não podem ser mensuráveis, um observador de estados Fuzzy TS é considerado. O projeto dos ganhos do controlador e observador foram obtidas aplicando o princípio de separação e baseado na teoria de Lyapunov utilizando Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs). A metodologia proposta é aplicada a uma planta térmica de vapor para geração elétrica e na simulação verifica-se que os requerimentos de desenho são conseguidos para uma ampla faixa de operação.