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Tipo: Tese
Data do documento: 30-Ago-2019
Autor(es): ROCHA, Erick Melo
Afiliação do(s) Autor(es): UFPA - Universidade Federal do Pará
Primeiro(a) Orientador(a): BARRA JÚNIOR, Walter
Título: Identificação em malha fechada para controle tolerante a falta passivo aplicado a um sistema industrial de bombeamento hidráulico
Título(s) alternativo(s): Closed loop identification for passive fault tolerant control applied to an industrial hydraulic pumping system
Agência de fomento: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Citar como: ROCHA, Erick Melo. Identificação em malha fechada para controle tolerante a falta passivo aplicado a um sistema industrial de bombeamento hidráulico. Orientador: Walter Barra Júnior. 2019. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2019. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br:8080/jspui/handle/2011/12168. Acesso em:.
Resumo: Sistemas de bombeamento de fluidos fazem parte de uma infinidade de aplicações industriais. Do tradicional abastecimento de água, a sistemas de resfriamento de usinas termonucleares, até o complexo sistema de manobra de aeronaves, que faz uso de atuadores pneumáticos, nos deparamos com exemplos de aplicações destes sistemas. E, assim como qualquer processo industrial, sistemas de bombeamento podem estar sujeitos a comportamentos anômalos ou faltas, que podem levar ao mal funcionamento, ou a perda de estabilidade de um processo, provocando avarias permanentes, devido ao efeito de fenômenos indesejáveis, como a cavitação e o golpe de aríete, por exemplo. Deste modo, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de controle tolerante a falta (FTCS – Fault Tolerante Control System) para mitigar os efeitos indesejáveis de variações de pressão e oscilações de velocidade, que podem acometer este tipo de sistema. Tal investigação parte do princípio de que, por razões econômicas, e de seguranças, sistemas industriais operam, por padrão, em malha fechada, para garantir estabilidade e desempenhos desejados. Em vista disso, é apresentada uma metodologia, para identificação da função de transferência de malha aberta de plantas industriais, a partir de dados obtidos por medição de sinais, do processo operando em malha fechada, conhecido como Método de Dois Estágios. O modelo identificado é utilizado para projetar um controlador que atenda aos critérios de desempenho definidos pelo FTCS, em substituição ao sistema de controle tradicional, supostamente em operação no sistema, e que é projetado para um ponto de operação específico e, portanto, sem levar em consideração a falta atuando no sistema. Para avaliação experimental, utilizou-se uma bancada industrial de bombeamento de fluidos, desenvolvida no Laboratório de Automação e Controle, da Universidade Federal do Pará (UFPA). Foi projetado um FTCS passivo, utilizando-se técnica de controle robusto, baseada em incertezas paramétricas. Para isso, utilizou-se um conjunto de modelos incertos, obtidos por identificação paramétrica, considerando uma faixa de operação desejada para a planta de testes, com o sistema operando tanto em condições normais quanto sob ação de falta. Índices de desempenho foram calculados afim de avaliar quantitativamente o desempenho do sistema monitorado pelo FTCS, com os resultados obtidos para o sistema operando sem o FTCS (usando controlador clássico). Os resultados obtidos demonstram o bom desempenho da metodologia proposta.
Abstract: Fluid pumping systems are part of many industrial applications. From the traditional water supply, to the cooling systems of thermonuclear power plants and the complex aircraft maneuvering system, using pneumatic actuators, we find examples of application of these systems. As any physical system, fluid pumping systems may also be subject to anomalous behaviors or failures that can lead to malfunction or even loss of stability of an entire process. Such faults may cause permanent damage due to the effect of undesirable phenomena such as cavitation and water hammer, for example. Thereby, this work proposes the development of a Fault Tolerant Control System (FTCS) aiming at to mitigate the undesirable effects of pressure oscillation and speed variation that may affect this type of system. This research assumes that, for economic and safety reasons, industrial systems operate by default in closed-loop to ensure stability and desired performance. Therefore, a methodology is introduced to identify the open-loop transfer function of industrial plants, based on data obtained by signal measurement, of the industrial process operating in closed-loop, denominated Two-Stage Method. The identified model is used to design a controller that meets the performance criteria defined by the FTCS instead of the traditional control system, designed for a specific operating point regardless of the fault acting in the system. For experimental evaluation, an industrial fluid pumping bench was used, developed at the Automation and Control Laboratory of Federal University of Pará (UFPA). A passive FTCS was designed using robust control technique based on parametric uncertainties. For that end, it was used a set of uncertain models, obtained by parametric identification, considering a desired operating range for the test plant, with the system operating under both normal and fault conditions. Performance indices were calculated in order to quantitatively evaluate the performance of the FTCS monitored system, with the results obtained for the system operating without the FTCS (using classical controller). The results show the good performance of the proposed methodology.
Palavras-chave: Sistema de controle tolerante a falta
Identificação de sistema em malha fechada
Controle robusto extremal
Sistema de bombeamento hidráulico
Área de Concentração: SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA
Linha de Pesquisa: SISTEMAS DE POTÊNCIA
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

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