Estudo de técnicas de sintonia do preditor de Smith filtrado para sistemas multivariáveis com atraso

Abstract

Este trabalho apresenta duas contribuições ao controle de sistemas multivariáveis com atraso empregando estruturas de compensação de atraso: (i) uma avaliação teórico-experimental de diferentes técnicas de desacoplamento para facilitar o projeto do controlador primário e (ii) a generalização para o caso multivariável de uma técnica de sintonia automática ótima para o filtro de robustez da estrutura de predição. Os desenvolvimentos foram realizados tomando como base o preditor de Smith filtrado, tanto na estrutura de compensação total dos atrasos do modelo da planta quanto na de compensação dos atrasos efetivos por saída, e foram validados através de simulações em processos industriais extraídos da literatura. Como principal resultado da avaliação das técnicas de desacoplamento, tem-se a prova de que é impossível a aplicação de desacopladores para que se tenha uma compensação total dos atrasos da planta no modelo rápido e ao mesmo obter uma predição da saída do processo para o caso geral de sistemas lineares, invariantes no tempo e multivariáveis com atraso. Mostrou-se ainda que o melhor cenário para o desacoplamento ocorre com a compensação dos atrasos efetivos por saída, visto que para uma grande classe de sistemas é possível desacoplar tanto o modelo rápido quanto a saída completa do sistema com o mesmo desacoplador. Como resultado da segunda linha de estudo, tem-se a proposta de um procedimento que considera o grau de incertezas do modelo multivariável, estimado em tempo de execução, para ajustar o filtro de robustez de forma ótima para garantir a melhor resposta de rejeição de perturbações que ao mesmo tempo garanta estabilidade robusta.<br>

Abstract : This dissertation presents two contributions to the control of multivariablesystems with multiple delays using dead-time compensationstructures: (i) a theoretical and experimental evaluation of dierentdecoupling techniques to facilitate the design of the primary controllerand (ii) the generalization to the multivariable case of an optimal automatictuning procedure for the robustness lter of the prediction structure.The developments were carried out considering both approachesof the ltered Smith predictor: the complete time-delay compensatingstructure, and the eective output-delay compensating structure.The developments were validated through simulations in industrial processesextracted from literature. The main result of the evaluation ofdecoupling techniques is a proof that the application of decoupling isimpossible for one to have an overall compensation of delays in thefast model and even get the outputs forecast of the process for thegeneral case for linear time-invariant systems with multiple delays. Italso showed that the best scenario for the decoupling occurs with theeective output delay compensation, whereas, for many systems it ispossible to decouple both, the fast model and the full output systemwith the same decoupler. As a result of the second line of study, thereis the proposal for a procedure that considers the degree of uncertaintyin the multivariable model, with online estimation, to optimally tunethe of robustness lter to ensure better disturbance rejection responsewith guaranteed robust stability.