Por definição, estratégias de controle são modelos matemáticos baseados na necessidade de controlar perturbações que podem ocorrem num processo, de modo a atingir um determinado objetivo. O controle ocorre pela presença de atuadores que, agem no sistema de forma a garantir a estabilidade e precisão do processo. Assim, as estratégias de controle tem sido utilizadas com freqüência para garantir o estado estacionário em processos industriais (SEBORG, 1989). Diante da crescente necessidade de se desenvolver controladores de processos cada vez melhores, a aplicação de modelos não lineares tem crescido exponencialmente. Objetivando a identificação, controle e otimização de processos, surgem as redes neurais, como ferramentas computacionais, que simulam as habilidades de processamento e aprendizagem do cérebro humano. Os modelos obtidos através de redes neurais, permitem levar em consideração as não linearidades apresentadas em estratégias de controle de dinâmica complexa (ENDER, 2002). Destes modelos, surgiram estratégias de controle com otimizações em tempo real, onde, diversas ferramentas de controle são utilizadas. Este trabalho explora o uso de estratégia clássica de controle, porém, vislumbram-se implementar estratégias de controle avançado baseadas em modelos não-lineares. Certamente, a indústria química necessita de estratégias de controle condizentes com o atual mercado competitivo. Tais estratégias devem ser precisas, dinâmicas e de fácil aplicação na planta química. Diante destes aspectos, é necessária a realização de estudos exploratórios que envolvam estratégias de controle avançadas e aparato experimental para testes e corroboração das estratégias utilizadas, permitindo assim, o avanço em pesquisas para situações reais. Neste trabalho, apresenta-se o estudo de estratégias de controle, objetivando o desenvolvimento de uma unidade de teste em escala piloto para verificação do potencial das estratégias de controle desenvolvidas para uma futura implementação em unidades mais complexas, existente no Departamento de Engenharia Química da FURB.

Para auxiliar no desenvolvimento das estratégias de controle, foi proposta a montagem de uma unidade piloto com baixo custo e baixo risco de operação para verificação e teste das estratégias a serem implementadas. A unidade proposta consiste basicamente de um sistema com tanques de nível com aquecimento, que permite simular situações com comportamento dinâmico não linear, pelo uso de tanques com área de seção variável. Esta unidade permite diversas configurações SISO (single-input, single-output) e MIMO (multi-input, multi-output), o que propicia um conjunto de alternativas para teste de estratégias de controle. A unidade experimental esta constituída de um sensor de pressão, dois sensores de nível de líquido e quatro sensores de temperatura e duas válvulas de controle de vazão, um sistema de aquecimento e um sistema automático de controle de potência. Estas medidas adquiridas da planta piloto serão usadas nas malhas de controle e/ou monitoramento da unidade experimental. ALGORITMOS DE CONTROLE Um sistema de controle é basicamente um sistema entradas e saídas. O sistema a ser controlado é, em geral, chamado de processo ou planta. O processo é um sistema dinâmico, ou seja, seu comportamento é descrito matematicamente por um conjunto de equações diferenciais. A entrada do processo u(t) é chamada de variável de controle ou variável manipulada e a saída do processo y(t) é chamada de variável controlada ou variável de processo. Um problema de controle consiste em determinar os sinais adequados a serem aplicados a partir da saída desejada e do conhecimento do processo (STEPHANOPOULOS, 1984). Estratégia de controle clássica No controle em malha fechada, informações sobre como a saída de processo está evoluindo ao longo do tempo são utilizadas para determinar o sinal de controle que deve ser aplicado ao processo em um instante específico. Isto é feito a partir de uma realimentação da resposta do processo (saída da malha fechada), para a estratégia de controle (entrada da malha fechada), para a geração de um erro, que representa o desvio da planta em relação ao valor desejado (sinal de referência). Este desvio entre estes dois sinais é utilizado para determinar o sinal de controle que deve efetivamente ser aplicado ao processo. Assim, o sinal de controle é determinado de forma a corrigir este desvio entre a saída e o sinal de referência. O dispositivo que utiliza o sinal de erro para determinar ou calcular o sinal de controle a ser aplicado à planta é chamado de controlador.

No desenvolvimento deste trabalho, manteve-se em mente os seguintes objetivos:  desenvolvimento da interface amigável homem-máquina;  desenvolvimento do algoritmo de controle;  teste das estratégias de controle;  manutenção do estado estacionário do sistema;  montagem da unidade experimental. Para desenvolvimento dos algoritmos de controle, foi utilizado um micro computador HP, Pentium II 233 MHz, 64 MB RAM, com sistema operacional Windows 98 SE. INTERFACE Durante o desenvolvimento da interface, foram estudadas as melhores possibilidades de se criar um programa amigável e de fácil manipulação por qualquer operador de computador. A interface foi elaborada de forma a garantir que haja total controle e visão do processo em estudo. DESENVOLVIMENTO DO ALGORITMO DE CONTROLE O desenvolvimento do algoritmo de controle PID, ocorreu simultaneamente ao desenvolvimento da interface. No seu desenvolvimento procurou-se escrever o código de forma a facilitar a implementação futura de novos algoritmos (controle, identificação e otimização), no mesmo sistema de comunicação. Atualmente, o sistema está operando com variação de potência para controle de temperatura. TESTE DAS ESTRATÉGIAS DE CONTROLE A implementação do algoritmo de controle, ocorreu em unidade batelada, numa escala reduzida pois a unidade piloto está ainda em fase de montagem. O sistema está implementado na forma discreta, gerando um algoritmo digital. Os testes realizados em bancada, mostram que o controlador já está apto a ser instalado em unidade experimental. MONTAGEM DA UNIDADE EXPERIMENTAL A unidade experimental está em fase final de montagem e calibração de sensores e atuadores. Tal configuração não permite ainda a exploração de todo o potencial que a unidade irá oferecer em termos de teste de estratégia de controle. Alguns resultados já estão sendo possíveis de ser coletados, em configuração monovariável.

A unidade em implantação apresenta uma flexibilidade considerável em termos de possibilidades de configurações de malhas de controle e monitoramento de parâmetros do processo. A unidade encontra-se equipada com diversos sensores e atuadores, já relacionados. Esta configuração instalada, permitirá atingir os objetivos principais vislumbrados, teste de estratégias de controle e desenvolvimento de interface amigável homem/máquina. A interface em desenvolvimento mostrou-se robusta nos diversos testes já realizados. Esta interface permite além da facilidade de utilização, a facilidade de inserção de novas rotinas a serem desenvolvidas. Os resultados preliminares obtidos numa configuração monovariável, demonstram o potencial da interface que está sendo desenvolvida. Ao final da etapa de calibração, esta unidade permitirá utilizar múltiplas malhas de controle, o que a torna uma planta apropriada para teste de estratégias de controle avançado.

Instituição de fomento: CNPq

Trabalho de Iniciação Científica