Controle preditivo baseado em modelo fuzzy embarcável para poços de petróleo equipados com bombeio centrífugo submerso - Matos, Victor Santos (2023)
Técnicas de controle avançado ainda não são uma realidade consolidada no setor de elevação artiﬁcial de petróleo e gás natural, principalmente em sistemas de bombeio centrífugo submerso (BCS). Os controladores preditivos baseados em modelo (MPC) requerem modelos representativos do sistema, sendo uma tarefa dispendiosa na abordagem fenomenológica, em virtude da complexidade ﬂuidodinâmica e termodinâmica em um poço de petróleo e gás. Por isso, as abordagens orientadas a dados são alternativas viáveis para encontrar um equilíbrio entre precisão e tempo para obtenção do modelo dinâmico desses processos produtivos. Os sistemas de inferência fuzzy Takagi-Sugeno-Kang (TSK) têm essa característica, sendo capazes de aproximar as dinâmicas não lineares mediante um conjunto de submodelos lineares. Agregando essa abordagem ao MPC, é possível utilizar uma estrutura de controle linear e, portanto, numérico-computacionalmente simpliﬁcada, porém, com a precisão e representatividade adequadas ao processo. Formando-se uma condição favorável para o uso nos sistemas de elevação artiﬁcial, que comumente apresentam instalações isoladas e dependentes de sistemas dedicados de controle. A proposta deste trabalho caracteriza-se como a síntese de um controlador preditivo com garantia de factibilidade encapsulando um modelo de predição fuzzy TSK para sistemas de elevação do tipo BCS com baixo custo computacional. O foco é a aplicação direta da técnica através do embarque em microcontroladores, simulando a infraestrutura de controle industrial. Os estudos de caso implementados sobre um sistema BCS através da abordagem hardware-in-the-loop (HIL) apresentaram uma redução de mais de 15% no custo de controle, um rendimento superior a 10% sobre a restrição de envelope operacional e um tempo de cômputo do problema de otimização embarcado cerca de 20 vezes menor que o período de amostragem do sistema. Atestou-se a representatividade do modelo TSK e a capacidade de controle e factibilidade da técnica, frente ao conjunto de restrições típicas e ao número reduzido de variáveis medidas.