Controle robusto por realimentação linearizante parcial de bioreatores em modo de operação "FED-BATCH"

• Main Author: Pimentel, Guilherme Araujo
• Publication Date: 2010
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
• Download full: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/3032
• topic: ENGENHARIA; BIOTECNOLOGIA; BIOREATORES; SISTEMAS NÃO-LINEARES; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA

Esta dissertação apresenta um modelo geral que descreve a dinâmica do crescimento tanto da bactéria Escherichia Coli quanto da levedura Saccharomyces Cerevisiae quando produzidas em bioreatores operando no modo descontínuo com alimentação controlada (fed-batch). Em geral, procura-se maximizar a produção da biomassa (microorganismos) através do controle do substrato (alimento) injetado ao bioreator. Pelo princípio do bottle-neck, a máxima produtividade é obtida quando o nível de substrato é mantido em um determinado valor crítico que depende de variáveis biológicas do processo (que variam ao longo do tempo) e de certos parâmetros com elevado grau de incerteza. Uma alternativa a esta abordagem é através do controle do produto secundário (acetato no caso da E. Coli ou etanol no caso da S.Cervisiae) o qual deve ser mantido em níveis próximos a zero e desta forma todo o substrato é utilizado na produção de biomassa. A partir do modelo não linear da dinâmica de crescimento do microorganismo, propõe-se nesta dissertação uma lei de controle robusta baseada na ideia de realimentação linearizante parcial com o objetivo de evitar a medição de um elevado número de variáveis biológicas de difícil instrumentação. Para melhorar o desempenho dinâmico do sistema, também é proposto um mecanismo de adaptação paramétrica para a estimação online da taxa de reação da oxidação da glicose. Utilizando a descrição das não linearidades através da abordagem quasi-LPV e a formulação das condições de estabilidade por desigualdades matriciais lineares (LMIs), projeta-se a dinâmica linear livre, resultante da realimentação linearizante, de maneira a garantir a estabilidade robusta (em relação a não linearidades não canceladas e variações paramétricas) em malha fechada e também um certo desempenho. Para verificar o comportamento da metodologia proposta são realizados vários testes em simulações utilizando a plataforma Matlab=Simulinkr, onde estuda-se o comportamento da estratégia proposta em relação a trabalhos disponíveis na literatura especializada.