Identificação e controle de planta piloto com tanques acoplados

Trabalho de Conclusão Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2019.Este texto apresenta os trabalhos com uma planta-piloto com dois tanques com aquecimento, trazendo os primeiros esforços para o compreendimento do balanço de energia do sistema. Primei- ramente é feita uma apresentação dos controladores e fenômenos que virão a ser encontrados em sua implementação a planta-piloto. Uma modelagem matemática do balanço de massa e energia é feita simulando os modelos encontrados para se comparar com os resultados experimentais. É mostrada a relação entre a vazão e frequência dos inversores de frequência e também a linearização do modelo para o balanço de massa e de energia. A planta piloto é então sujeita a um ensaio com sinal PRBS para se identificar o balanço de massa em caixa-cinza. Por fim, é apresentado o controle do nível do tanque 2 por meio do atuador da bomba 1 comparando-se duas abordagem: controlador PI e controlador por realimentação de estados, comparando seus resultados posteri- ormente. Para o controle PI, foi feito uma otimização de seus parâmetros com o uso do software Matlab. Para o controle por realimentação de estados, trabalhou-se com um modelo simplificado para que o mesmo se comportasse como um sistema de segunda ordem subamortecido, trazendo suas limitações. Todo o desenvolvimento para o projeto dos controladores está descrito no presente trabalho e seus resultados se mostram condizentes com o esperado, trazendo a oportunidade de se trabalhar com uma estratégia de controle mais avançada com sistema de multivariáveis.This paper presents the works with a pilot plant with two tanks with heating, bringing the first efforts to understand the energy balance of the system. Firstly, a presentation of the controllers and phenomena that will be found in its implementation of the pilot plant will be made. A mathematical modeling of mass and energy balance is done simulating the models found to compare with the experimental results. The relation between the frequency inverter flow rate and the linearization of the mass and energy balance model is shown. The pilot plant is then subjected to a PRBS signal test to identify the gray-box mass balance. Finally, the level control of tank 2 is shown by means of the pump 1 actuator, comparing two approaches: PI controller and state feedback controller, comparing its results later. For the PI control, an optimization of its parameters was done with the use of Matlab sotfware. For the state feedback control, a simplified model was used so that it behaved as a underdamped second-order system, bringing its limitations. All the development for the controllers design is described in the present work and its results are in line with the expected, bringing the opportunity to work with a more advanced control strategy with multivariate system