Controlador difuso-PID + vazão implementado

Buscando aperfeiçoar o processo nas mudanças de referência (SP), nos degraus positivos e/ou negativos, visando reduzir os tempos de subida e/ou descida do sistema, foi adicionado ao controlador Difuso-PID um controle da variável vazão, reduzindo-a ou

N° Variável Antecedente Variável Antecedente Parametro Consequente Parametro Consequente Parametro Consequente 1 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 2 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 3 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 4 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 5 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 6 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 7 SE Erro <Muito Positivo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 8 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 9 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 10 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 11 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 12 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 13 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 14 SE Erro <Médio Positivo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 15 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 16 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 17 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 18 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 19 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 20 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 21 SE Erro <Pouco Positivo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 22 SE Erro <Zero> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 23 SE Erro <Zero> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 24 SE Erro <Zero> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 25 SE Erro <Zero> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 26 SE Erro <Zero> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 27 SE Erro <Zero> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 28 SE Erro <Zero> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <Médio Alto> E D <Médio Alto> 29 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Mutio Baixo> E D <No Ponto> 30 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Baixo> E D <Médio Baixo> 31 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Médio Baixo> E D <Baixo> 32 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Alto> E I <Médio Baixo> E D <Baixo> 33 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Médio Alto> E I <No Ponto> E D <Médio Baixo> 34 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <No Ponto> E I <Médio Alto> E D <Médio Baixo> 35 SE Erro <Pouco Negativo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <No Ponto> E I <Médio Alto> E D <No Ponto> 36 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Mutio Baixo> E D <Médio Alto> 37 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Baixo> E D <Médio Baixo> 38 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Muito Baixo> E D <Muito Baixo> 39 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Alto> E I <Médio Baixo> E D <Baixo> 40 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Alto> E I <Médio Baixo> E D <Baixo> 41 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <No Ponto> E D <Médio Baixo> 42 SE Erro <Médio Negativo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <No Ponto> E I <No Ponto> E D <No Ponto> 43 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Caindo Rápido> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Mutio Baixo> E D <Médio Alto> 44 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Caindo> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Muito Baixo> E D <Médio Baixo> 45 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Caindo Lento> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Médio Baixo> E D <Muito Baixo> 46 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Estável> ENTÃO P <Muito Alto> E I <Médio Baixo> E D <Mutio Baixo> 47 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Subindo Lento> ENTÃO P <Alto> E I <Baixo> E D <Mutio Baixo> 48 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Subindo> ENTÃO P <Médio Alto> E I <No Ponto> E D <Baixo> 49 SE Erro <Muito Negativo> E Tendencia <Subindo Rápido> ENTÃO P <Médio Alto> E I <No Ponto> E D <Médio Alto>

42

aumentando-a de acordo com a necessidade, para assim atingir mais rápido o objetivo de controle ou ponto de referência fixado (SP).

Para o controle de aperfeiçoamento citado, foi desenvolvido um controlador Difuso que atua diretamente sobre o atuador da válvula de controle de vazão, localizada na entrada do tanque de aquecimento (TQ-01) na PD 3. Esse controlador também observa a diferença entre a temperatura do processo (PV) e seu valor de referência (SP) e, quando muito distantes ele realiza sua tarefa de controle. Nos casos em que o degrau é positivo e SP >> PV, este controlador diminui a vazão de entrada do fluido à temperatura ambiente no TQ-01, fazendo com que o tempo de contato entre o fluido e as resistências de aquecimento dentro do tanque aumente, ganhando mais rapidamente temperatura o processo. E nos casos de degrau negativo onde o SP << PV, este controlador aumenta a vazão de entrada do fluido à temperatura ambiente no TQ-01, deslocando mais rapidamente para fora do TQ-01 o fluido aquecido existente, substituindo-o por fluido à temperatura ambiente a qual também fica menos tempo de contato com as resistências de aquecimento, o que se traduz numa diminuição mais rápida da temperatura neste tanque para assim atingir em menor tempo o novo objetivo de controle (SP). Ver o diagrama deste controlador na figura 4-7 a seguir e no anexo C figura C-1.

Figura 4-7 Diagrama de blocos do controlador difuso-PID + vazão implementado

Usando essas premissas foi desenvolvida uma estratégia difusa do tipo interpolação ou parametrização (Takagi-Sugeno e Tsukamoto) para realizar o controle de abertura da válvula de entrada de água fria ao TQ-01.

43

Variáveis linguísticas de entrada e saída e suas funções de pertinência

Na figura 4-8 são apresentadas as variáveis linguísticas de entrada e de saída do sistema desenvolvido para o aperfeiçoamento do processo na PD 3.

Figura 4-8 Variáveis linguísticas de entrada e de saída do sistema difuso desenvolvido

Como se pode observar, esse controlador tem uma única variável de entrada e uma única variável de saída que são apresentadas na figura 4-9.

Figura 4-9 Funções de pertinência de entrada do erro

A seguir a tabela 4-8 e 4-9 onde são apresentados todos os parâmetros e denominações das variáveis Difuso de entrada e saída do controlador de vazão.

Variável Função de

Pertinência Tipo Parâmetros

Erro

Negativo Triangular [-1e+007 -0,9 -0,15] Zero Triangular [-0,15 0 0,15] Muito Positivo Triangular [0,15 0,9 1e+007] Tabela 4-8 Parâmetros das funções de pertinência das variáveis difusas de entrada

44

Variável Função de Pertinência Parâmetros

Abertura da Válvula

Abertura-90 0,9

Abertura-30 0,3

Abertura-10 0,1

Tabela 4-9 Parâmetros das funções de pertinência das variáveis difusas de saída

Como já mencionado o algoritmo Difuso proposto para este controlador foi do tipo (Takagi-Sugeno e Tsukamoto) de interpolação. Nestes modelos a conclusão de cada regra representa uma saída direta e, normalmente, diferente para cada regra, eliminando assim a etapa de defuzzificação.

Este controle foi desenvolvido para funcionar da seguinte forma: para valores de referência (SP) abaixo da temperatura medida no tanque (PV) a válvula abre-se aos 90%, deixando entrar mais água fria. E quando a referência (SP) estiver muito acima da temperatura no tanque (PV) a válvula fecha-se aos 10%, diminuindo a entrada de água fria. Quando a variável de processo e o setpoint estiverem próximos (+/- 15%) o controlador ajusta a saída da válvula para 30%, atingindo a vazão de regime de operação de 300 l/h.

O algoritmo Difuso chega a uma conclusão, através de um processo de inferencia realizado na base de regras utilizadas e apresentadas na tabela 4-10. As regras deste controlador são da forma:

“SE<condição>ENTÃO<conclusão>”

N° Variável Antecedente Variável Consequente

1 SE Erro <Negativo> ENTÃO Abertura 10 <10> 2 SE Erro <Zero> ENTÃO Abertura 30 <30> 3 SE Erro <Positivo> ENTÃO Abertura 90 <90>

Tabela 4-10 Base de regras do controlador Difuso de vazão