Controle por escalonamento de ganhos fuzzy PDC-FOPID: Implementação em CLP aplicada em um sistema de rastreamento de nível - Martins, Paulo Roberto Oliveira (2023)
A melhoria contínua do controle de sistemas tem levado ao desenvolvimento de novos controladores. Dentre esses avanços os do tipo FOPID (fractional order PID), por serem uma extensão dos PIDs, têm sido bastante promissores para o aprimoramento nas malhas de controle da indústria, acumulando vantagens de maior robustez e maior quantidade de critérios de projetos atendidos. Entretanto, uma das dificuldades de se transitar do estado da arte para a industrialização de tais controladores diz respeito a sua implementação em dispositivos industriais. Visando atender essa questão, neste trabalho, são descritas as etapas de projeto de controladores, simulação, implementação baseada em controlador lógico programável (CLP) e testes experimentais em uma bancada de controle de nível. A planta de trabalho foi modelada como um processo de primeira ordem com tempo morto (FOPDT) em torno de cada ponto de operação e apresentava saturação de potência da bomba centrífuga. Ao total foram projetados controladores por Alocação de Polos de Ordem Fracionária (FOPP), por Margem de Ganho e Margem de Fase (MGMF) e, para fins de comparação, por alocação de polos de ordem inteira (IOPP). Cada controlador foi discretizado e implementado na estrutura RST com ação anti-windup. Além disso, uma associação dos controladores com lógica fuzzy por Controle Paralelo Distribuído (PDC) foi adotada a fim de se melhorar o desempenho para diferentes pontos de operação. Para testes de rastreamento foram realizados múltiplos degraus sequenciais, de subida e descida, abrangendo toda a região de operação. Para a avaliação dos controladores foram utilizadas métricas baseados no erro e no esforço de controle. A ação anti-windup garantiu que não houvesse sobressinal excessivo ou resposta oscilatória. A associação do PDC se demonstrou eficaz para os controladores IOPP, e foi observada uma ligeira melhora em alguns índices de erro para o controlador MGMF. Não houve melhora significativa de desempenho no controlador PDC-FOPP. No geral, todos os controladores de ordem fracionária se mostraram superiores aos controladores de ordem inteira.