Controle preditivo não linear com estratégia adaptativa baseado em simulated annealing acoplado paralelo

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Ichihara, Danilo Chaves de Sousa
• Orientador(a): Dorea, Carlos Eduardo Trabuco
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Controle preditivo não linear; Simulated Annealing Acoplado; Estimação de parâmetros; Controle de processos
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25958

O controle preditivo baseado em modelo (MPC, do inglês Model Predictive Control) é uma técnica de controle avançada que teve um impacto significativo nas indústrias de processo. São vários os motivos que justificam sua grande aceitação como, por exemplo, o fato de lidar naturalmente com problemas de controle multivariáveis, considerar restrições nas variáveis de entrada e saída e adaptar-se a mudanças estruturais da planta. Apesar do crescente esforço em pesquisa voltada para o desenvolvimento de estratégias de controle preditivo não linear, o uso dessas técnicas em sistemas reais ainda é um desafio, pois os algoritmos desenvolvidos são normalmente mais complexos que os lineares e, algumas vezes, não permitem aplicações em tempo real para sistemas de dinâmica rápida. Apesar disso, o aumento constante da velocidade e do poder da computação torna essa perspectiva real. Nesse sentido, a proposta do trabalho é desenvolver uma estratégia de controle preditivo não linear que utiliza um algoritmo de otimização estocástica de ótima escalabilidade paralela conhecido por Simulated Annealing Acoplado (CSA, do inglês Coupled Simulated Annealing). A estratégia visa resolver diretamente, sem aproximações do modelo do processo, e de forma paralela o problema de otimização do MPC não linear para aplicação em tempo real nos sistemas de dinâmicas mais rápidas. Uma vez que o modelo utilizado em controle preditivo é apenas uma aproximação matemática da planta, existe a possibilidade de descasamento entre os comportamentos dos dois. Dessa forma, a estratégia proposta busca atender ao requisito de robustez a incertezas do modelo, resolvendo o problema de forma adaptativa. No presente trabalho, utilizou-se a versão paralela do CSA para resolver o problema de controle com restrição em três sistemas não lineares distintos: aplicação real em um sistema de tanques acoplados, simulação do controle de pêndulo invertido rotacional e de um reator químico não linear, considerando o desajuste entre os parâmetros da planta e do modelo. Os resultados dos experimentos mostraram a eficiência e as características da estratégia de controle proposta ao controlar esses sistemas de dinâmica mais rápida, necessitando de poucos ajustes para se aplicar nos diferentes problemas de controle, além das vantagens pela facilidade de sintonia dos parâmetros do otimizador. A eficiência e as características da estratégia adaptativa considerando o desajuste entre modelo e processo são apresentadas na simulação do controle de um reator químico não linear com parâmetros incertos.