Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecatrônica

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Controle de uma coluna debutanizadora utilizando GS-PID
(2018-07-09) Vale, Pedro André Nogueira Souza de Oliveira; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Costa Júnior, Ademar Gonçalves da; ; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo;
Nos dias atuais, em virtude do aumento contínuo da concorrência, é necessário um controle cada vez mais eficiente do processo para buscar uma melhor qualidade do produto, a redução dos custos e uma maior segurança. Na indústria petroquímica, onde uma das operações unitárias mais importantes é a destilação, isso não é diferente. Na realização da destilação é utilizado um conjunto de equipamentos, como válvulas, controladores, vasos, colunas de destilação, que proporciona o controle efetivo da composição do produto (GLP, gasolina, entre outros), com qualidade dentro de uma especificação predeterminada. Este trabalho tem como objetivo contribuir para a realizar de um controle mais efetivo da temperatura e da vazão de refluxo de uma coluna debutanizadora. A coluna de destilação implementada no software HYSYS simula um processo real que contém não linearidades acentuadas. Assim, foram investigados os usos de diferentes técnicas de Gain Scheduling em junção com a técnica de anti-windup Integrator Clamping. Para a sintonia dos controladores foi realizada uma estratégia empírica.
Controle fuzzy otimizado por algoritmo genético do nível de água e da pressão de uma caldeira de tubulão
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-07-26) Brito, Thiago de Araújo; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; http://lattes.cnpq.br/5473196176458886; http://lattes.cnpq.br/5303656094235591; Maitelli, André Laurindo; https://orcid.org/0000-0001-6083-7425; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; Gabriel Filho, Oscar
Diante das constantes evoluções tecnológicas que a sociedade moderna vivencia, as indústrias tem evoluído cada vez mais em busca de maior eficiência e confiabilidade de seus processos. A busca por novos métodos para otimizar as atividades industriais tem alimentado o interesse no desenvolvimento de pesquisas voltadas para essa área. Apesar das diversas evoluções tecnológicas que as indústrias passam constantemente, o vapor permanece presente em seus processos desde a primeira revolução industrial, sendo ele utilizado para realizar movimentos em máquinas, o que revolucionou o processo produtivo da época. Nos dias atuais sua presença permanece vasta em diferentes tipos de indústria, sendo utilizado amplamente para aquecimento e geração de eletricidade. O equipamento mais utilizado para a geração de vapor é a caldeira. No processo de geração de vapor em uma caldeira, há duas variáveis de grande importância para o controle que são o nível de água no tubulão e a pressão de vapor no tubulão. O controle dessas variáveis garante a segurança operacional da máquina e o atendimento dos requisitos do processo por meio da pressão do vapor exigida. Dessa forma, o problema de controle de caldeira é de grande interesse no meio acadêmico e industrial. Para o controle das variáveis relatadas, se faz necessário basicamente a atuação nas válvulas de alimentação de água e de saída de vapor saturado do tubulão. Com base nisso, esse trabalho tem o propósito de realizar o controle do nível de água e da pressão no tubulão de uma caldeira do tipo aquatubular por meio da inteligência artificial, a fim de evitar variações indesejadas de nível e pressão ao passar por variações de carga. Para isso, se faz uso de controladores fuzzy otimizados por algoritmo genético. Testes foram realizados para o modelo e seus resultados se demonstraram satisfatórios.
Controle PID de vibrações em sistemas de segunda ordem com atraso usando receptância com estabilidade robusta e otimização de desempenho
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-28) Souza, Jhonat Heberson Avelino de; Dórea, Carlos Eduardo Trabuco; Araújo, José Mário; https://orcid.org/0000-0002-3999-2874; http://lattes.cnpq.br/0143490577842914; http://lattes.cnpq.br/1872802050389540; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; http://lattes.cnpq.br/5473196176458886; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; http://lattes.cnpq.br/7489022506091803
Fenômenos como vibrações mecânicas, ressonância e oscilações podem ser descritos matematicamente por sistemas de equações diferenciais de segunda ordem, comumente designados de sistemas de segunda ordem. Trabalhar com esse tipo de modelo, em vez dos modelos de estado de primeira ordem, traz benefícios numéricos, embora haja dificuldades inerentes à determinação de seus parâmetros físicos. Os desafios são ainda mais significativos quando se considera a existência de atrasos entre as medições dos estados e os sinais de atuação, levando algumas abordagens `a necessidade de uma pós-análise para determinar a estabilidade das soluções calculadas. Uma alternativa para contornar as dificuldades de medição de parâmetros é a abordagem por resposta em frequência, que usa modelos baseados em receptância. Esta dissertação de mestrado trata do projeto de controladores Proporcional Integral Derivativo (PID) para sistemas dinâmicos lineares com atraso, modelados por equações diferenciais matriciais de segunda ordem. Adota-se, neste trabalho, a abordagem por receptância, que, por se basear na resposta em frequência do sistema, permite tratar da estabilidade em malha fechada de forma exata, sem a necessidade de recorrer a aproximações do termo de atraso nem a verificações a posteriori. No caso, formula-se um problema de otimização para a determinação dos ganhos do controlador que garantam robustez, por meio de uma margem de estabilidade pré-estabelecida e de desempenho, além da minimização da Integral do Erro Absoluto, relativo ao seguimento de uma referencia constante. Logo, implementa-se um Algoritmo Genético para resolver o problema de otimização. Dessa forma, diferentemente de trabalhos correlatos na literatura, o método proposto pode ser aplicado igualmente a sistemas com polos de malha aberta no semiplano direito.
Controle por realimentação derivativa para Sistemas Dinâmicos de Segunda Ordem com Atraso
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-01-19) Nunes, Leonardo Araújo; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; Araújo, José Mário; 66836484504; http://lattes.cnpq.br/0143490577842914; http://lattes.cnpq.br/6173475137326946; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; http://lattes.cnpq.br/5473196176458886; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; http://lattes.cnpq.br/7489022506091803
Neste trabalho propõe-se um método para o projeto de controladores por realimentação derivativa de estados de sistemas lineares representados por equações diferenciais matriciais de segunda ordem com atraso no sinal de controle. A partir da representação no domínio da frequência, conhecida como modelo por receptância, é formulado um problema de otimização para o cálculo de ganhos do controlador que limitem o pico em frequência de uma função de sensibilidade, garantindo assim estabilidade robusta em malha fechada mesmo diante do atraso. Algoritmo Genético é usado na resolução do problema de minimização. Para tratar de sistemas com matriz massa singular, uma estrutura com o preditor de Smith filtrado é proposta, a qual garante a regularização do sistema e a eliminação de dinâmicas impulsivas para condições iniciais consistentes. Experimentos numéricos ilustram a eficácia do método proposto, inclusive na eliminação de dinâmicas impulsivas, e trazem comparações com controladores por realimentação de estado.
Meta-heurísticas aplicadas à identificação de sistemas
(2017-12-08) Severino, Alcemy Gabriel Vitor; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Medeiros, Adelardo Adelino Dantas de; ; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; Linhares, Leandro Luttiane da Silva; ; Yoneyama, Takashi;
A identificação de sistemas tem como objetivo determinar modelos matemáticos capazes de descrever suas características dinâmicas a partir de observações. Geralmente, o processo de identificação é dividido nas seguintes etapas: i) coleta de dados experimentais, ii) determinação da estrutura do modelo, iii) estimação de parâmetros e iv) validação do modelo. Neste trabalho investiga-se o problema da determinação de estruturas. A partir de técnicas de otimização conhecidas como meta-heurísticas, foi desenvolvido um algoritmo para determinação da estrutura de modelos NARX polinomiais. Diferente dos métodos tradicionais, as meta-heurísticas utilizam um conjunto de possíveis soluções e estratégias, geralmente baseadas na natureza, para encontrar a solução do caso aplicado. Dentre as técnicas estudadas estão o algoritmo genético, a otimização por enxame de partículas e o algoritmo do morcego. A metodologia proposta foi aplicada na identificação de três exemplos experimentais: um aquecedor elétrico, um conversor buck e uma válvula pneumática. Os resultados demonstram que meta-heurísticas podem ser aplicadas no problema da seleção de estruturas em modelos NARX polinomiais.
Projeto de controladores fuzzy Takagi-Sugeno convencional e tipo 2 intervalar PDC com realimentação de estados para um sistema robótico serial com dois elos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-07-23) Leite, Pedro Henrique de Medeiros; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; Gabriel Filho, Oscar; Bessa, Wallace Moreira
A robótica é um dos campos de estudo mais promissores para para o século XXI. A empregabilidade dos sistemas robóticos é alta, variando do setor automobilístico, como o caso dos robôs soldadores na indústria automobilística, à medicina (por exemplo, robôs cirurgiões). Nesta dissertação de mestrado, foi analisado um sistema robótico que consiste em um braço serial de dois elos e com isso foram projetados controladores para esse sistema não linear utilizando lógica fuzzy. Em particular, foram desenvolvidos controladores Takagi-Sugeno baseados em lógica fuzzy convencional (também conhecida como de tipo 1) e lógica fuzzy tipo 2 intervalar, juntamente com a técnica de compensação paralela distribuída (PDC), em que o sistema não-linear foi dividido em regiões de subsistemas lineares com realimentação de estados, em que cada resposta do subsistema tem a sua parcela de contribuição na resposta final do sistema. O controle do sistema foi analisado a partir dos índices de desempenho IAE, ITAE, ISE e ITSE e também pelo tempo de acomodação e o percentual de sobressinal. Nesse contexto, a partir desses critérios de desempenho enunciados, foi feita uma comparação entre os controladores fuzzy tipo 1 PDC e fuzzy tipo 2 intervalar PDC, ambos com realimentação de estados para saber quem é o melhor.
Projeto de controladores para sistemas de segunda ordem com atraso via resposta em frequência
(2019-05-03) Dantas, Nelson José Bonfim; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; Araújo, José Mário; ; ; ; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; Euzébio, Thiago Antonio Melo;
A solução de problemas de controle para sistemas de segunda ordem com atraso constitui um dos desafios da engenharia. Fenômenos como vibrações mecânicas, ressonância e oscilações, podem ser descritos matematicamente por equações diferenciais de segunda ordem, nomeando estes sistemas como sistemas de segunda ordem. Este trabalho tem como objetivo principal projetar controladores para sistemas de segunda ordem com atraso, utilizando a abordagem por resposta em frequência, dispensando a necessidade de aproximações para o atraso, garantindo soluções estáveis sem necessidade de análise à posteriori. Definindo matematicamente o problema de controle como um problema de otimização, é feita uma busca pelos ganhos do controlador com a utilização de um algoritmo genético, tendo como parâmetro de projeto garantir que a curva de Nyquist do sistema permaneça a uma distância suficiente da região de instabilidade. Essa metodologia visa garantir que os ganhos calculados resultem em sistemas robustos para que mesmo sujeitos a alterações de parâmetros, a estabilidade seja garantida. Os resultados obtidos de simulações ao final do trabalho se mostraram satisfatórios dentro das especificações desejadas.
Soft sensor aplicado a plantas de processamento de gás natural baseado em redes neurais artificiais
(2018-05-28) Lima, Jean Mário Moreira de; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; Linhares, Leandro Luttiane da Silva;
Atualmente, diante de um mercado cada vez mais competitivo, produzir de forma eficiente é essencial para se obter um balanço econômico positivo. Reduzir custos, realizar processos otimizados e ofertar produtos cada vez melhores são fatores que influenciam diretamente na economia de qualquer indústria. Diante disso, técnicas que podem melhorar e/ou otimizar processos, como o monitoramento da qualidade de produto ou controle avançado tornam-se fundamentais para a indústria como um todo. No caso de Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGNs), o monitoramento da qualidade do produto produzido é intrínseco a uma produção satisfatória, e esse controle da qualidade faz-se, como na maioria dos processos químicos, através da composição química dos produtos. Entretanto, mesmo quando cromatógrafos a gás são utilizados para análise química dos componentes, tem-se lentidão no processo analítico e longos intervalos de medição são observados. Isso impede que técnicas de monitoramento em tempo real, ou de controle, sejam estabelecidas para obtenção de melhor rendimento do processo. Dentre esses produtos, em termos econômicos, o principal é o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), composto por propano, butano e contaminantes como etano e pentano. Neste trabalho é proposto um sistema chamado de soft sensor que faça a inferência, baseada em redes neurais, da composição do GLP, isto é, dos seus principais componentes. Dessa forma, o monitoramento, em tempo real, da qualidade do GLP produzido torna-se possível, uma vez que a medição de sua composição não será feita através do lento processo analítico. Assim, melhora-se a qualidade do processo, do produto e, consequentemente, a lucratividade. Para o desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se uma UPGN simulada no software HYSYS, formada por uma coluna deetanizadora em série com uma coluna debutanizadora. Na instrumentação da planta, têm-se alguns controladores PIDs. O sensor virtual tem como entradas algumas das variáveis de processo desses controladores. Neste tabalho, é proposto também um sistema de correção do erro, em tempo real, do soft sensor, tendo com base a leitura da composição do GLP feita por cromatógrafos presentes no processo. Os resultados se mostraram promissores, atestando o funcionamento adequado do soft sensor.

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