Orientador: Ana Maria Frattini Fileti

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Extremum-Seeking Control (ESC) é uma estratégia de controle que independe de um modelo e possui resultados promissores em diversas aplicações, como no aumento da eficiência ener­gética de usinas eólicas, controle da posição de balões de alta altitude, aumento da eficiência de células a...

Resumo: Extremum-Seeking Control (ESC) é uma estratégia de controle que independe de um modelo e possui resultados promissores em diversas aplicações, como no aumento da eficiência ener­gética de usinas eólicas, controle da posição de balões de alta altitude, aumento da eficiência de células a com­bustível, entre outros. Porém essa técnica não é muito explorada na área de engenharia química. O potencial de hidrogênio, ou pH, é um fator importante que deve ser controlado em diversos sistemas, como nos sistemas de tratamento de água e efluentes e na produção de açúcar. Entretanto, seu controle pode ser difícil não apenas devido a seu forte comportamento não-linear, mas também devido ao conhecimento esparso das propriedades do líquido a ser tratado, além do fato que elas podem se alterar com o tempo durante o procedi­mento de controle. Esse trabalho propõe duas técnicas baseadas em extremum-seeking para re­solver esses problemas. A primeira consiste em um controlador PI sintonizado através de uma série de experimentos onde seus parâmetros são calculados através de um algoritmo do tipo extremum-seeking, já a segunda consiste na injeção direta de perturbações no sistema para es­timar seu estado atual e definir, em média, o valor ótimo das variáveis manipuladas. Ambas técnicas foram avaliadas através de simulações e experimentos que foram feitos com o uso do software SciLab e seu módulo XCos. Os experimentos de controle de pH foram realizados em uma planta piloto montada no Laboratório de Controle e Automação de Processos (LCAP) na UNICAMP. Uma interface de comunicação personalizada foi desenvolvida para facilitar a tro­ca de dados entre qualquer programa, incluindo o SciLab, e o Controlador Lógico Programável (CLP) da planta. Um supervissrio tambbm foi desenvolvido. O reator conttnuo de mistura estudado possui trrs entradas: 1) Efluente a ser tratado (soluuço tamponada), 2) Soluuço de hiidrrxido de ssdio diluudo (base) e 3) Soluuço de nitrato de hidroggnio diluudo ((cido). O pH da mistura reacional foi medido e seu valor controlado manipulando-se a vazzo de entrada de cido e/ou base. No caso do ESC, simulaaçes mostraram como a saturaaço da variivel maniipulada possui grande influuncia na robustez do sistema de controle, mas com esse problema resolvido o sistema ppde ser controlado com sucesso pelo ESC com ajuste da vazzo de cido, de base e ambas simultaneamente tanto em simulaaçes como experimentalmente. O controlaador PI sintonizado atravvs de Extremum-Seeking mostrou-se capaz de controlar com sucesso o pH do sistema por meio de simulaaçes

Abstract: Extremum-Seeking Control (ESC) is a model-free control strategy that has promising results in a range of applications such as increasing the power capture of wind turbines, position control of high-altitude balloons, increasing the efficiency of fuel cells and so on, but is not yet very...

Abstract: Extremum-Seeking Control (ESC) is a model-free control strategy that has promising results in a range of applications such as increasing the power capture of wind turbines, position control of high-altitude balloons, increasing the efficiency of fuel cells and so on, but is not yet very explored in the area of chemical engineering. The potential of hydrogen, or pH, is an important factor to be controlled in various systems, such as water treatment and sugar processing. However, its control can be difficult not only due to its strong non-linear behaviour but also due to the lack of full or even partial knowledge of the properties of the liquid to be treated, which can change tremendously during the control procedure. This work proposes two techniques based on extremum-seeking to solve those problems. For the first technique a PI controller is tuned with a series of experiments and its parameters are calculated through a extremum-seeking algorithm, for the second technique dither is injected directly into the system to estimate its current state and set, on average, the proper value of the manipulated variables. Both techniques were evaluated through simulations and experiments that were carried out using SciLab and its XCos module. The experiments were carried out with a pilot plant assembled at the Laboratory of Automation and Process Control (LCAP) at UNICAMP. A custom communication interface was developed to allow easy data transfer between any software, including SciLab, and the Programmable Logic Controller (PLC) of the plant. A graphical interface was also developed. The continuous stirred reactor studied has three inlets: 1) Effluent to be treated (buffered medium), 2) Diluted sodium hydroxide (base), and 3) Diluted hydrogen nitrate (acid). The pH of the reactional mixture was measured and its value controlled by manipulating the flow rate of the acid and/or base inlets. The level of the reactor is controlled via a pump at the outlet of the reactor. For ESC, simulations showed how manipulated variable saturation played important part on the robustness of the control system. After this problem is dealt with, simulations and experiments showed that ESC was able to successfully control the pH of the system when adjusting only one flow rate at a time, or both at the same time. Simulations also showed that the PI controller tuned through extremum-seeking was also able to successfully control the pH of the system

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