[en] INFERENCE OF THE QUALITY OF DESTILLATION PRODUCTS USING ARTIFICIAL NEURAL NETS AND FILTER OF EXTENDED KALMAN - LEONARDO GUILHERME CAETANO CORREA (2005)
[pt] Atualmente cresce o interesse científico e industrial na elaboração de métodos de controle não lineares. Porém, estes modelos costumam ter difícil implementação e um custo elevado até que se obtenha uma ferramenta de controle confiável. Desta forma, estudos na área de métodos de apoio à decisão procuram desenvolver aplicações inteligentes com custos reduzidos, capazes de executar controles industriais avançados com excelentes resultados, como no caso da indústria petroquímica. Na destilação de derivados de petróleo, por exemplo, é comum fazer uso de análises laboratoriais de amostras para identificar se uma substância está com suas características físico-químicas dentro das normas internacionais de produção. Além disso, o laudo pericial desta análise permite regular os instrumentos da planta de produção para que se consiga um controle mais acurado do processo e, conseqüentemente, um produto final com maior qualidade. Entretanto, apesar da análise laboratorial ter maior acurácia nos resultados que avaliam a qualidade do produto final, exige, às vezes, muitas horas de análise, o que retarda o ajuste dos equipamentos de produção, reduzindo a eficiência do processo e aumentando o tempo de produção de certos produtos, que precisam ter sua composição, posteriormente, corrigida com outros reagentes. Outra desvantagem está relacionada aos custos de manutenção e calibração dos instrumentos localizados na área de produção, pois, como estes equipamentos estão instalados em ambientes hostis, normalmente sofrem uma degradação acelerada, o que pode gerar leituras de campo erradas, dificultando a ação dos operadores. Em contrapartida, dentre os métodos inteligentes mais aplicados em processos industriais químicos, destacam-se as redes neurais artificiais. Esta estrutura se inspira nos neurônios biológicos e no processamento paralelo do cérebro humano, tendo assim a capacidade de armazenar e utilizar o conhecimento experimental que for a ela apresentado. Apesar do bom resultado que a estrutura de redes neurais gera, existe uma desvantagem relacionada à necessidade de re-treinamento da rede quando o processo muda seu ponto de operação, ou seja, quando a matériaprima sofre algum tipo de mudança em suas características físico-químicas. Como solução para este problema, foi elaborado um método híbrido que busca reunir as vantagens de uma estrutura de redes neurais com a habilidade de um filtro estocástico, conhecido por filtro de Kalman estendido. Em termos práticos, o filtro atua em cima dos pesos sinápticos da rede neural, atualizando os mesmos em tempo real e permitindo assim que o sistema se adapte constantemente às variações de mudança de processo. O sistema também faz uso de pré-processamentos específicos para eliminar ruídos dos instrumentos de leitura, erros de escalas e incompatibilidade entre os sinais de entrada e saída do sistema, que foram armazenados em freqüências distintas; o primeiro em minutos e o segundo em horas. Além disso, foram aplicadas técnicas de seleção de variáveis para melhorar o desempenho da rede neural no que diz respeito ao erro de inferência e ao tempo de processamento. O desempenho do método foi avaliado em cada etapa elaborada através de diferentes grupos de testes utilizados para verificar o que cada uma delas agregou ao resultado final. O teste mais importante, executado para avaliar a resposta da metodologia proposta em relação a uma rede neural simples, foi o de mudança de processo. Para isso, a rede foi submetida a um grupo de teste com amostras dos sinais de saída somados a um sinal tipo rampa. Os experimentos mostraram que o sistema, utilizando redes neurais simples, apresentou um resultado com erros MAPE em torno de 1,66%. Por outro lado, ao utilizar redes neurais associadas ao filtro de Kalman estendido, o erro cai à metade, ficando em torno de 0,8%. Isto comprova que, além do filtro de Kalman não destruir a qualidade da rede neural original, ele consegue adaptá-la a mudanças de processo, permitindo, assim, que a variável de saída seja inferida adequadamente sem a necessidade de retreinamento da rede.