62ª Reunião Anual da SBPC
B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica
SIMULAÇÃO DE CONTROLE ROBUSTO DE UM SISTEMA DINÂMICO USANDO O MATLAB
Jean Carlos da Silva Galdino 1, 2
André Laurindo Maitelli 2
1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte /IFRN
2. Universidade Federal do Rio Grande do Norte/UFRN
INTRODUÇÃO:

Controle de sistemas dinâmicos, através de uma determinada técnica, é um princípio básico cujo objetivo é manter a saída do sistema em um valor muito próximo ao desejado. Para o controle robusto, uma das técnicas de controle avançado, o projeto deve manter a estabilidade, bem como um desempenho específico sobre a faixa de condições de operação. Como o modelo de um sistema é sempre inexato em relação ao sistema físico real devido a fatores como: mudanças de parâmetros e de ponto de operação, retardos não incluídos no modelo, ruídos, perturbações, entre outros, logo a questão chave do controle robusto é minimizar a interferência dessas incertezas visando a garantir o melhor desempenho do sistema. Devemos garantir a estabilidade do sistema investigando, em princípio, todas as combinações possíveis desses parâmetros. O trabalho aqui apresentado faz um estudo de caso de uma sistema massa-mola-amortecedor, cujo modelo matemático é estudado e simulado no MATLAB. O Modelo do sistema em estudo apresenta one-degre-of-freedom (1DOF) e representa um sistema real com três parâmetros físicos inexatos, que serão tratados aqui como incertezas, as quais serão utilizadas como parâmetros dos projetos de controle robusto, cujos resultados são simulados e sua estabilidade e performance são apresentadas e comparadas entre as diversas técnicas utilizadas para os projetos. Os resultados mostraram performances diferentes entre eles quando submetidos as perturbações variadas e as comparações foram inevitáveis para o conhecimento e aprendizado dessas diferentes técnicas. Com o objetivo de conhecer algumas das técnicas de controle robusto de modo a poder encontrar a função apropriada a ser usada como passo inicial do projeto do controlador, que é, sem dúvidas, um campo da engenharia de controle que mais carece de pesquisa e cujas expectativas, principalmente das empresas de transformações química e as de derivados petróleo, são grandes no tocante a novas técnicas de controle modernos. Ainda em relação ao objetivo, temos a realização do estudo de pacotes computacionais eficientes para resolver problemas de controle robusto e sua possibilidade de simulação dos resultados desses controladores quando aplicados ao sistema em questão e/ou outros sistemas, como por exemplo, a ferramenta matemática que foi objeto do estudo, o MATLAB. O melhor projeto para o sistema em estudo foi obtido usando o H∞ Loop-shaping, também tendo destaque outros projetos quando, por exemplo, analisamos a resposta do sistema em seu estado transitório. A questão da simulação de um sistema de controle robusto em um software é de importância relevante, visto que podemos modificar parâmetros, técnicas e sistemas com muito mais facilidade e tendo uma resposta imediata da nossa modificação, e isso ficou muito evidenciado no trabalho executado. Apesar do pequeno atraso, o sistema em malha fechada conseguiu seguir os perfis especificados para todos os modelos de controle robusto aplicado e para todas as variações de parâmetros apresentados. Este trabalho segue em curso, uma vez que outras técnicas de controle robusto não estão esgotadas e que mais sistemas necessitam de controle.

METODOLOGIA:

O  trabalho foi realizado  através de uma pesquisa bibliográfica, onde técnicas de controle robusto foram estudadas e  um sistema foi escolhido, modelado matematicamente, simulado e encontrado suas respostas. Encontramos parâmetros matemáticos para representar as incertezas e  os distúrbios, definiu-se a  estratégias de controle a malha fechada e realizou-se várias simulações utilizando o MATLAB, vários testes foram realizados no tocante a variação de parâmetros do sistema, entradas, ruídos, atrasos, e cada resposta do sistema foi comparada e analisada de forma sistêmica, todo este trabalho foi realizado no laboratório de Automação de Petróleo da UFRN e nos laboratórios de informática do campus Santa Cruz.

 

RESULTADOS:

O sistema foi simulado para diferentes tipos de entrada do zero ao ponto de operação. As respostas apresentaram resultados satisfatórios, onde foi possível comparar as técnicas de controle robusto utilizada, Em suma os controladores obtiveram a estabilidade em malha fechada com os relação as perturbações dos parâmetros e a matriz incerteza. Entretanto, o sistema em malha fechada varia para cada diferente ação de controle e cada mudança da perturbação.  Os resultados mostraram que o controlador H∞ Loop-shaping mostrou um controle robusto para uma grande faixa de perturbação. As comparações dos resultados indicaram para o caso estudado, um desempenho melhor do μ-controlador robusto. O trabalho tem continuidade, uma vez que outras técnicas de controle robusto ainda não foram  estudadas e simuladas e que outros sistemas podem ser utilizados  para comparação das técnicas de controle robusto.

CONCLUSÃO:

Para um sistema de pequena ordem como é o caso do sistema massa-mola-amortecedor a derivação das incertezas não é tão simples. Para um sistema com perturbações de parâmetros, tem-se uma configuração padrão para análise e projeto dos controladores, podendo, neste caso, considerar separadamente parâmetros de incertezas. Encontrar a função apropriada envolve geralmente acertos e erros, e depende muito da experiência e conhecimento do projetista. O melhor  resultado para o sistema em estudo foi do controlador H∞ Loop-shaping  e o μ-controlador teve melhor resposta transitória com um menor overshoot que o H∞. O assunto é vasto e sugere a continuidade e novas pesquisas de modo a aumentar o número de técnicas e melhorar as técnica já existentes.

Palavras-chave: Controle robusto, MATLAB, Técnicas.