Controle preditivo de sistemas híbridos

The industry's need to improve aspects of production such as quality and eciency meant that techniques and devices for more ecient control were adopted in view of the dierences that occur in systems. most systems are not only characterized by the continuous dynamics usually applied to describe this behavior but an association with this dynamic elements with discrete characteristics (logical). For this systems relates to the expression hybrid systems whose dynamics processes characterize the behavior continuous real-time system associated with a discrete event. The control of hybrid systems requires answers in accordance with the presence of discrete event and continuous interacting that makes control strategies increasingly sophisticated are developed. In this work, was adopted the hybrid MLD formalism (Mixed Logical Dynamical ) for the representation of hybrid systems using dynamic logical propositions that express such a system in the form of linear constraints of binary variables interacting with the continuous behavior of dierential equations. In this context, the predictive controller based on an optimal model developed from the selected formalism is suggested as an option for the control of hybrid systems. In this work, the qualitative modeling of discrete systems using the MLD formalism is presented for which it is developed to check these systems to evaluate the hybrid modeling. These techniques were applied to simple problems in chemical engineering as systems of three tanks connected in series and a CSTR reactor with heating. In each of the systems were made simulations coupled to qualitative models in various scenarios and compared to the continuous model of dierential equations and their discretized version. The action of the MPC controller for hybrid systems was studied also, developing it from the MLD model and presenting several simulation scenarios to investigate the eects of control over the system. Such control is developed to the l1 and l2 norms, enabling a comparison between the two control options and the comparison between these controllers with classics like PI. The results for the model in the MLD formalism are satisfactory and consistent with the real behavior of the system. The control problems developed show intervention MPC controller more ecient than the classical PI controller associated with the control on/o mainly by the choice of variables to be manipulated. The comparison between controllers l1-MPC and l2-MPC gives results that indicate similar control actions for each of these controllers depending on the location of the optimal point found in solving the optimization model for the controlled system.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisMestre em Engenharia QuímicaA necessidade da indústria de aprimorar aspectos da produção como qualidade e eficiência fizeram com que técnicas e dispositivos de controle mais eficientes fossem adotados atendendo às diversidades que ocorrem nos sistemas. Porém, a maioria dos sistemas não caracteriza-se apenas pela dinâmica contínua geralmente aplicada a descrição de seu comportamento mas por uma associação desta dinâmica com elementos com características discretas (lógicas). A este tipo de sistemas relaciona-se a expressão sistemas híbridos que caracteriza processos cuja dinâmica associa o comportamento contínuo em tempo real de um sistema com eventos discretos. O controle de sistemas híbridos exige respostas condizentes com a presença de eventos discretos e contínuos interagindo entre si, o que faz com que estratégias de controle cada vez mais sofisticadas sejam desenvolvidas. Neste trabalho, adotou-se o formalismo híbrido MLD Mixed Logical Dynamical para a representação de sistemas híbridos dinâmicos utilizando proposições lógicas que expressam tal sistema sob a forma de restrições lineares de variáveis binárias interagindo com o comportamento contínuo de equações diferenciais. Neste contexto, o controlador preditivo baseado em um modelo desenvolvido a partir do formalismo selecionado é sugerido como uma opção para o controle de sistemas híbridos. Nesta dissertação, a modelagem qualitativa dos sistemas discretos utilizando o formalismo MLD é apresentada para a qual desenvolve-se a verificação para tais sistemas com o objetivo de avaliar a modelagem híbrida. Essas técnicas foram aplicadas em problemas da Engenharia Química como sistemas de três tanques conectados em série e um reator CSTR com aquecimento. Em cada um dos processos estudados foram feitas as simulações acopladas aos modelos qualitativos em diversos cenários e comparados ao modelo contínuo de equações diferenciais e sua versão discretizada. Estudou-se ainda a ação do controlador MPC para sistemas híbridos, desenvolvendo-o a partir do modelo MLD e apresentando diversos cenários de simulação para investigação dos efeitos do controle sobre o sistema. Tal controle é desenvolvido para as normas l 1 e l 2, possibilitando uma comparação entre as duas opções de controle além da comparação entre estes com controladores clássicos como o PI. Os resultados para o modelo no formalismo MLD são satisfatórios e condizem com o comportamento real do sistema. Os problemas de controle desenvolvidos apresentam a intervenção do controlador MPC mais eficiente que o controlador clássico PI associado ao controle liga/desliga principalmente pela possibilidade de escolha das variáveis a ser manipulada. A comparação com entre os controladores l 1-MPC e l 2- MPC permite resultados que indicam ações de controle semelhantes para cada um destes controladores em função da localização do ponto ótimo encontrado na resolução do modelo de otimização para o sistema de controlado