Sintonia Ótima com Modelo Não linear

Similarmente ao que foi realizado para a configuração SISO, são investigados os possíveis benefícios advindos da aplicação da estratégia de controle multi-SISO. O modelo fenomenológico é utilizado mais uma vez para representar a planta real de polimerização e a curva da taxa de produção é integrada a fim de saber a quantidade de polímero que está dentro e fora do intervalo de especificação. A razão de polímero off- spec é utilizada como um índice para justificar a possível implementação da estratégia de controle multi-SISO. Essa estratégia pretende manter a operação em torno de uma dada condição de síntese, verificando se o controle de temperatura e conversão satisfaz os requisitos de qualidade, ao mesmo tempo em que garante a produção de polietileno requerida. Por esta razão, foi investigado apenas o problema de controle regulatório. Para isso é dada uma perturbação do tipo pulso nas impurezas do catalisador, como é ilustrado na Figura V.31.

116 Figura V.31. Perturbação do tipo pulso nas impurezas do catalisador.

Os parâmetros dos controladores PID (Kc, τi e τd) obtidos após a sintonia são

mostrados na Tabela V.4.

Tabela V.4. Parâmetros de sintonia do controlador PID – (planta representada pelo modelo fenomenológico e controlador sintonizado com o modelo não linear).

A Figura V.32 ilustra o comportamento das razões mássicas de etileno e de catalisador (variáveis manipuladas), da temperatura e da conversão (variáveis controladas), do MI (propriedade polimérica) e da taxa de produção, ao se operar a planta em controle automático com o ajuste dos parâmetros dos controladores PID realizado através do método clássico IMC da sintonia ótima. Os limites de especificação são representados por linhas tracejadas no gráfico do MI. Para as ambas as condições, verifica-se uma estabilidade do sistema em malha fechada, apesar de serem encontradas respostas mais rápidas e com menores sobre-elevações após a sintonia ótima. Além disso, esta estratégia de controle permitiu reduzir o tempo de produto fora de especificação, resultando em ganhos para o processo. O controle automático baseado na técnica de sintonia IMC permite reduzir a produção off-spec para 9.02%, enquanto a sintonia ótima pode ainda reduzir esse valor para 5.10% da produção total. Deste modo, a aplicação da sintonia ótima acarretou em melhorias na eficiência do processo em estudo.

117 Ao serem comparadas as duas estratégias de controle propostas, SISO e multi- SISO, verifica-se que esta última estratégia permite minimizar uma maior quantidade de polímero fora de especificação, quando são confrontados os resultados obtidos pelo tradicional método IMC e pela sintonia ótima. Foi observada uma redução de 1.2 % da produção de produto off-spec ao ser introduzida a estratégia de controle SISO, enquanto que na estratégia de controle multi-SISO essa redução foi da ordem de 3.2 %. Isso é consistente com o fato da sintonia ótima, neste caso, levar em consideração as interações entre as malhas de controle. Além disso, como discutido anteriormente, na estratégia multi-SISO, as malhas são sintonizadas simultaneamente, sem a necessidade de nenhum fator de correção, o que possibilita uma melhora significativa na sintonia dos controladores PID, levando a um melhor desempenho do sistema de controle.

Figura V.32. Comportamento em malha fechada das razões mássicas de etileno e de catalisador (manipuladas), temperatura e conversão (controladas), MI e taxa de

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V.10.Conclusão

Neste capítulo foram descritas e analisadas as principais técnicas de sintonia de controladores PID, mostrando brevemente suas potencialidades e limitações. Adicionalmente, foi apresentado o método desenvolvido por Alfano (2002), que foi utilizado nesta dissertação para resolução do problema de sintonia dos sistemas de controle SISO e multi-SISO. Este método baseia-se na minimização de uma função objetivo global, na qual são considerados, dentre outros aspectos, as incertezas do modelo e os diferentes tipos de perturbações que podem ocorrer no processo. A grande vantagem desse método reside na sua grande flexibilidade e robustez, eliminando as limitações existentes na maioria das técnicas disponíveis na literatura.

Adicionalmente, foram discutidos e avaliados os resultados obtidos para a sintonia dos controladores em estudo, fazendo-se uma análise comparativa com o método clássico IMC, de modo a verificar a eficiência da sintonia ótima. Para explorar a potencialidade do método de otimização, foram realizadas algumas simulações nas quais eram mantidos os parâmetros de sintonia do controlador e modificadas as funções de transferência do processo através da incorporação de erros aos seus parâmetros.

Os potenciais benefícios decorrentes das estratégias sugeridas foram investigados em termos de requisitos técnicos e impactos econômicos. Através dos resultados obtidos nas simulações anteriores, foi possível verificar que o método de sintonia ótima apresentou respostas mais rápidas, com menores oscilações e baixo overshoot, quando comparado com o tradicional método de sintonia IMC. A flexibilidade do método de otimização pôde ser comprovada através dos diferentes estudos de caso a que o método foi submetido, apresentando na maioria das situações, melhores desempenhos.

Bons resultados também foram obtidos para as simulações nas quais eram mantidos os parâmetros de sintonia do controlador e adicionados os erros de identificação ao modelo nominal (função de transferência identificada), pois mesmo com a introdução de incertezas, as respostas dadas pelo processo apresentaram-se estáveis e rápidas. Essas características são geralmente desejadas na resposta de um processo industrial real.

A grande maioria dos estudos realizados por Alfano (2002), voltados para testar a eficiência de sua técnica de otimização, limitaram-se a simulações com modelos lineares, sob a forma de funções de transferência. O objetivo aqui foi, portanto estender

119 esse estudo, fazendo-se uso tanto da abordagem linear (funções de transferência), quanto da abordagem não linear (modelo fenomenológico), de modo que fosse verificada a abrangência da técnica de otimização utilizada. Esta é considerada uma das grandes contribuições deste trabalho.

Sendo assim, a técnica de otimização utilizada apresenta-se como uma ferramenta bastante atraente para a sintonia de controladores PID, levando-nos a concluir que a aplicação de técnicas de sintonia avançada pode contribuir para que sejam alcançados benefícios consideráveis nesta planta de polimerização. No próximo capítulo será realizada a conclusão final desta dissertação bem como serão dadas sugestões para trabalhos futuros.

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