Control Reconfiguration of Chemical Processes Subjected to Actuator Faults: A Moving Horizon Approach

Costa, Thiago V.; Fileti, Ana Maria Frattini; Silva, Flávio V.; Oliveira-Lopes, Luís Cláudio

doi:10.2316/p.2013.807-041

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“…As funções discretas de Laguerre descrevem sinais com comportamento do tipo impulso (Wang, 2009). Desse modo, a ação de controle reconstruída (up) e o modelo apresentados na proposta de MHVA de Costa et al (2013) são redefinidos em termos da sua variação (Δup e xΔ) permitindo a reparametrização por séries de Laguerre como apresentado nas Equações 4 e 5.…”

Section: Metodologiaunclassified

“…A reinterpretação dos atuadores virtuais com horizonte móvel (MHVA) proposta por Costa et al (2013) reconfigura o sinal de controle baseado na solução de um problema de otimização dinâmica de duas penalizações: o distanciamento dos estados entre a planta e seu modelo discretizado nominal e a magnitude da ação de controle, em horizontes de predição.…”

Section: Introductionunclassified

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ESTRATéGIA DE CONTROLE RECONFIGURáVEL COM REPARAMETRIZAçãO DO SINAL DE CONTROLE POR FUNçõES DE BASES ORTONORMAIS

Setin¹,

Costa²

2019

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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RESUMO-A ocorrência de falhas em sistemas controlados pode causar a degradação do desempenho da malha de controle afetando a segurança, produtividade e economia de um processo industrial. Assim, estima-se que a indústria de processos químicos perca milhares de dólares todos os anos por não considerar estruturas capazes de retomar o desempenho dos sistemas de controle na presença de falhas em componentes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é considerar a sistemática da retomada de desempenho de um processo sujeito a falhas a partir de estratégias baseadas em atuadores virtuais com horizonte móvel (MHVA), reduzindo a complexidade e esforço computacional através da reparametrização das variáveis de decisão do problema de otimização por expansão de seus parâmetros a partir de funções de Laguerre.

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Section: Metodologiaunclassified

Section: Introductionunclassified

ESTRATéGIA DE CONTROLE RECONFIGURáVEL COM REPARAMETRIZAçãO DO SINAL DE CONTROLE POR FUNçõES DE BASES ORTONORMAIS

Setin¹,

Costa²

2019

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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“…Assim, uma função objetivo que considera o desvio x Δ somado ao esforço de controle destinado para a tarefa de reconfiguração é estabelecida (Costa et al, 2013). Neste trabalho, emprega-se uma um problema de otimização com horizonte infinito e N v graus de liberdade como apresentado na Equação 4.…”

Section: Fundamentação Teóricaunclassified

Controle Tolerante a Falhas Baseado Em Atuadores Virtuais Com Horizonte Móvel

Costa¹,

Oliveira-Lopes²,

Fileti³

et al. 2015

Anais Do XX Congresso Brasileiro De Engenharia Química

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RESUMO -Os métodos para o controle tolerante a falhas complementam as malhas de controle de uma planta industrial utilizando dispositivos capazes de lidar com os eventos anormais de operação, evitando que falhas no processo comprometam sua operabilidade. Neste trabalho, as considerações sobre o mau funcionamento de atuadores e o estudo de técnicas capazes de acomodar seus efeitos são apresentadas. Esse estudo fundamenta-se em estratégias de controle reconfigurável aplicadas a sistemas multivariáveis. Uma extensão recentemente proposta na literatura, dirigida ao uso de atuadores virtuais com horizonte móvel é discutida e explorada, para os quais são feitas as considerações sobre sua implementação e aplicabilidade. A técnica é demonstrada em um estudo de caso com falhas em suas variáveis de entrada no qual o esforço de controle das redundâncias funcionais é redirecionado para a contenção dos efeitos da falha e manutenção da estabilidade na estrutura de controle. INTRODUÇÃOSistemas de controle tolerante a falhas em processos (Mhaskar et al. 2013) compreendem um conjunto de técnicas capazes de intervir na estrutura de controle de um sistema com mau funcionamento em seus componentes com a finalidade de evitar a perda de desempenho e estabilidade, permitindo que o processo continue operacional. A intervenção do controle tolerante nos efeitos indesejáveis da falha, considerando técnicas de controle reconfigurável, é associada à alteração da estrutura do controle nominal, por modificação da composição de entradas e saídas destinadas ao controle em malha fechada para que o processo seja adequado ao novo cenário imposto pela falha no sistema (Blanke et al., 2006).Destacam-se dentre as técnicas baseadas no controle reconfigurável, aquelas fundamentadas no rastreamento do comportamento nominal do sistema, como o método baseado nos atuadores e sensores virtuais, apresentados por Steffen (2005), com contribuições recentes encontradas na literatura como em Nazari et al. (2013) e Rotondo et al. (2014. Suas principais características consistem no redirecionamento dos sinais de entrada e na reconstrução dos sinais das saídas da malha de controle, recuperando as características dinâmicas do processo em situação de falha de acordo com suas condições normais de operação. As propriedades do método baseado nos sensores e atuadores virtuais são, dentre outras, aquelas relacionados à garantia de estabilidade do sistema, a recuperação do seu desempenho e a manutenção da estratégia de controle nominal.

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“…Este método fundamenta-se na redistribuição dos sinais de controle para os atuadores ainda disponíveis e no ocultamento da falha do controlador nominal através do desvio entre as saídas reais e estimadas da planta (BLANKE, 2006 Steffen (2005) como uma otimização (Equação 1), que minimiza o desvio da planta em falha de sua operação normal a partir do vetor x∆, ponderado pela matriz QF, somado ao esforço de controle dos atuadores remanescentes, ponderados pela matriz RF (Costa et al, 2013). …”

Section: Introductionunclassified

“…O problema apresentado em Costa et al (2013) foi acrescido de limites na variável ∆ e as restrições (Equação 3) de variáveis folga. A consideração da não factibilidade da solução consiste na adição de um termo de penalização na Equação 1, resultando nas Equações 4 e 5.…”

Section: Introductionunclassified

Implementação E Análise De Um Algoritmo De Controle Tolerante a Falhas Com Considerações Sobre Restrições Operacionais

Resende¹,

Costa²

2017

Blucher Chemical Engineering Proceedings

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RESUMO -As indústrias químicas estão sujeitas à ocorrência de falhas que afetam seu desempenho e segurança. O sistema de controle da planta possui malhas integradas e uma falha pode encadear prejuízos a todo o processo. Assim, as indústrias têm se dedicado a implementar controladores tolerantes para manter um desempenho aceitável em cenários de falha. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi aplicar a teoria dos atuadores virtuais considerando restrições operacionais aplicadas no desvio entre as saídas do processo em falha e seu comportamento nominal. O algoritmo proposto foi aplicado a um reator contínuo agitado (CSTR) sujeito a falha na malha de controle. Os resultados indicaram que, mesmo sob falha, o algoritmo desenvolvido mantém o desempenho do processo aceitável, dentro dos limites definidos para o desvio em relação a uma referência. INTRODUÇÃOAs plantas e equipamentos inerentemente seguros são projetados para evitar ou conter condições anormais de operação, minimizando a ocorrência de acidentes. Neste contexto, as indústrias estão investindo cada vez mais em técnicas capazes de impedir que a propagação de uma falha afete a segurança e o desempenho do processo.O controle da produção é realizado por sistemas de controle com malhas integradas e acopladas e uma única falha pode prejudicar todo o processo. Deste modo, uma das formas para garantir o desempenho aceitável do processo mesmo em cenário de falhas é introduzir aspectos de segurança aos sistemas de controle, tornando-os uma das camadas de proteção do processo.O controle tolerante a falha é uma classe de controlador cuja função é conter o avanço da falha e manter o desempenho do processo satisfatório e estável. Este controlador ainda não é muito utilizado por precisar de algoritmos complexos e de instrumentação e processadores de alto desempenho (ZUBEN, 2003). Entretanto, ele vem ganhando espaço na aplicação fabril.Dentre as estratégias de controle tolerante está o atuador virtual, utilizado quando existe mal funcionamento ou perda de atuadores. Este método fundamenta-se na redistribuição dos sinais de controle para os atuadores ainda disponíveis e no ocultamento da falha do controlador nominal através do desvio entre as saídas reais e estimadas da planta (BLANKE, 2006). Desse modo, o objetivo desse trabalho foi desenvolver no software Scilab um algoritmo de controle tolerante adotando a estratégia de atuador virtual na forma de um problema de

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Control Reconfiguration of Chemical Processes Subjected to Actuator Faults: A Moving Horizon Approach

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ESTRATéGIA DE CONTROLE RECONFIGURáVEL COM REPARAMETRIZAçãO DO SINAL DE CONTROLE POR FUNçõES DE BASES ORTONORMAIS

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Controle Tolerante a Falhas Baseado Em Atuadores Virtuais Com Horizonte Móvel

Implementação E Análise De Um Algoritmo De Controle Tolerante a Falhas Com Considerações Sobre Restrições Operacionais

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