Projeto de controle baseado em observador de distúrbio com uso de otimização evolutiva - Pereira, Denise Fonseca (2021)
O controle baseado no observador de distúrbio é uma ferramenta de controle aplicado em diversos setores industriais, com a finalidade de rejeitar distúrbios não medidos no processo. Desde sua concepção, diversas implementações têm se mostrado eficientes, tanto para sistemas representados no domínio do tempo quanto para sistemas representados no domínio da frequência. Este trabalho apresenta um estudo sobre esta técnica bem como sua aplicação. A aplicação do controle baseado no observador de distúrbio para sistemas de uma entrada e uma saída, de fase mínima e não mínima, consiste em uma técnica já bem consolidada. Já para os sistemas com múltiplas entradas e múltiplas saídas com atraso existem dois desafios que devem ser analisados com atenção. O primeiro desafio é o cálculo da inversa do modelo nominal da planta. O segundo desafio é a síntese ideal do filtro do observador de distúrbios para se obter um compromisso entre a rejeição das perturbações e a atenuação dos ruídos de medição. A proposta aqui apresentada é uma estratégia que utiliza funções de transferências equivalentes para tratar do desafio do cálculo da inversa do modelo nominal da planta que é comparada com outras estratégias encontradas na literatura. A função de transferência equivalente aproxima a inversa de um modelo multivariável por uma matriz cujos elementos são o inverso de funções de transferência de primeira ordem mais atraso de tempo, que são mais simples de serem tratadas. Para tratar a síntese ideal do filtro do observador de distúrbios é proposta uma formulação baseada em um problema de otimização multiobjetivo. Por meio de um algoritmo de otimização evolutiva multiobjetivo, é possível obter um conjunto de soluções eficientes com diferentes compromissos entre os dois objetivos. Essa mesma formulação de síntese foi utilizada para o problema de sistema de uma entrada e uma saída no domínio da frequência e para tratar os sistemas multivariáveis no domínio do tempo. A técnica é aplicada inicialmente a um problema de fase mínima representado no domínio da frequência juntamente com a síntese do controlador PI. Posteriormente são tratados dois exemplos de sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas com atrasos de tempo representados no domínio da frequência. E, por fim, a técnica é utilizada em um sistema no domínio do tempo. Os resultados encontrados mostram que as estratégias propostas para síntese de controladores baseados em observadores de distúrbios são eficazes. No caso de sistemas multivariáveis no domínio da frequência, a proposta de uso da função de transferência equivalente, tanto para síntese como para implementação, se mostrou eficiente apresentando melhores resultados que outras técnicas existentes na literatura.