Controle preditivo multi-rate para eficiência energética em sistema de controle via rede sem fio

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Fakir, Felipe [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Sistemas de controle via redes sem fio; Otimização energética; Model predictive controller; Controle multi-rate; Wireless networked control systems; Power optimization; Multi-rate control
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/150992

A tecnologia de comunicação wireless vem se tornando parte fundamental do cotidiano das indústrias de processos, onde o uso de transmissores wireless aplicados à monitoração e controle já é uma realidade. A arquitetura de Sistema de Controle via Rede Sem Fio (WNCS) possui vantagens em relação às arquiteturas tradicionais ponto-a-ponto e às arquiteturas de redes cabeadas devido à facilidade de instalação, configuração e manutenção. No entanto, a evolução desta tecnologia introduziu novos desafios para a implementação da malha de controle fechada por um instrumento wireless como as não linearidades, perda de pacote de dados e restrições da comunicação de dados nas redes sem fio. Outro fator crítico relacionado à implementação de WNCSs é a fonte de energia limitada destes transmissores, que possuem vida útil dependente da quantidade de acessos e dados transmitidos. Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de um controlador preditivo multi-rate como alternativa para melhorar a eficiência energética em aplicações industriais de WNCSs. A estratégia proposta não necessita receber constantemente os valores reais das variáveis do processo transmitidos pelos transmissores wireless, pois o controlador preditivo baseado em modelo (MPC) se utiliza do submodelo interno das variáveis de processo para estimar os valores das variáveis quando estas não são transmitidas. Dessa forma, uma diminuição da frequência de transmissão de dados na rede sem fio pode ser obtida e, consequentemente uma redução do consumo energético dos dispositivos sem fio. Resultados de simulações em diferentes condições de operação de um WNCS multivariável de controle de tanques acoplados demonstram que o MPC multi-rate possui características de robustez e é efetivo para aplicações de WNCS, garantindo requisitos de controle e estabilidade mesmo com a diminuição da frequência de transmissão de dados de realimentação na rede sem fio. Adicionalmente, resultados do consumo energético dos dispositivos do WNCS mostraram que o MPC multi-rate proporciona uma economia de energia de até 20% das baterias dos transmissores wireless. Uma análise da eficiência energética do WNCS é apresentada através do estudo dos limites operacionais do controlador MPC multi-rate considerando a relação de compromisso entre o período de amostragem dos dispositivos sem fio e o desempenho de controle do WNCS.