Modelagem, identificação e controle de planta piloto com tanque cônico

Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, 2019.Esse trabalho apresenta uma metodologia para modelar, identificar, validar e controlar uma planta piloto construída por dois tanques cilíndricos e um cônico, do Laboratório de Controle de Processos da Universidade de Brasília. Inicialmente, um conjunto de equações não-lineares foi obtido a partir do balanço de massa dos líquidos que fluem entre os tanques. Tais equações foram utilizadas para simular o comportamento (nível de cada tanque) do sistema à diferentes configurações (devido à existência de válvulas entre os tanques) e pontos de equilíbrio. Após definir as configurações utilizadas no presente trabalho, foi utilizada a abordagem caixa-cinza no processo de identificação dos parâmetros. O modelo não-linear foi, então, linearizado por meio das técnicas de i) expansão em série de Taylor de primeira ordem em torno de um ponto de operação e de ii) linearização por realimentação. Os parâmetros tanto do modelo não-linear quanto do modelo linear foram estimados com o auxilio da Toolbox de Identificação de Sistemas do software Matlab. Para validar os modelos obtidos, foram utilizados dados diferentes dos usados na etapa de identificação. Em seguida, foram projetados controladores para controlar o nível do tanque cônico para dois layouts distintos. Por último, foi implementado um controlador PI para a primeira configuração estudada com o auxílio da ferramenta Matlab.This work presents a methodology to model, identify and validate a process in an industrial plant with level of liquids of 3 tanks, being 2 cylindrical tanks and a conic one, located at University of Brasilia’s Laboratory Process Control. Initially, a set of nonlinear equations was obtained form the mass balance. These equations were used to simulate the behavior (level of each tank) of the system to different configurations (due to the existence of valves between the tanks) and balance points. After setting the used configurations in this present work, the gray-box approach was used in the identifying process of the parameters. The nonlinear model was linearized by the techniques of i) first order approximation Taylor series around an operating point and by ii) feedback linearization about an operation point and through the feedback-linearization technique and both the nonlinear model parameters and the linear model ones were estimated with the aid of Matlab’s Toolbox System Identification. In order to validate the obtained models, data different form those used in the identification step were used. Next, controllers were designed to control the level of the conic tank for two different layouts. At the end, a PI controller was build with the assistance of Matlab to control the level of the conical tank for the first layout