Desenvolvimento de controladores digitais PID e LQR com sintonia otimizada e ganhos variáveis para compensação de atrito em válvula pneumática de controle.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Conte, Gerson Yuri Cagnani
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Atrito; Controle linear; Controle ótimo; Friction compensation; LQR controller; Optimal digital controllers; PID controller; Pneumatic control valve; Sistemas de controle; Válvulas de controle pneumático
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-14082025-084008/

Diversos compensadores de atito já foram desenvolvidos e aplicados em válvulas pneumáticas de controle ao longo dos últimos anos, devido aos substanciais desafios que este atuador enfrenta. Além disso, estes atuadores são amplamente utilizados na indústria em geral, seja em química e petroquímica, papel e celulose ou mesmo para geração de energia. Normalmente usado para controle de vazão, este é bastante requisitado para manter os parâmetros dos processos dentro dos requisitos necessários. Portanto, tendo uma conexão direta com o controle de qualidade do produto final de cada processo. Com o passar do tempo, ocorre normalmente um envelhecimento das gaxetas da válvula de controle, o que tende a aumentar o atrito entre a haste e as gaxetas da válvula, introduzindo um comportamento indesejável no controle da vazão, gerando oscilações, conhecidas como variabilidade e erro estacionário, devido ao aumento acentuado de histerese e de zona morta no atuador. O PID sintonizado de forma convencional, sendo este o controlador mais utilizado nas malhas de controle da indústria, normalmente não possui capacidade de eliminar ou mesmo reduzir de forma significativa os comportamentos indesejados, que comprometem a qualidade do produto. Os métodos para sintonia deste tipo de controlador podem auxiliar na otimização da resposta em malha fechada, e bons resultados foram observados em publicações recentes para válvulas pneumáticas de controle. O estudo de novas técnicas de controle para compensação de atrito, como o controlador LQR, poderá contribuir ainda mais com o que já foi apresentado em publicações sobre o tema, sendo que este ainda possui um campo vasto para pesquisa e desenvolvimento de novas abordagens. Estudar e desenvolver métodos que introduzam controladores ótimos digitais para solução do problema de atrito em válvulas caracteriza-se como um passo inovador, tanto na área de sistemas de controle como na área de modelagem. Esta dissertação apresenta uma comparação entre um controlador PID com sintonia otimizada e um controlador LQR sintonizado de forma mais assertiva através das matrizes Q e R. Esta apresenta também os dados comparativos de desempenho destes controladores em uma válvula pneumática de controle real. Resultados bastante relevantes sao apresentados demonstrando que o PID bem sintonizado pode superar controladores mais sofisticados e que o controlador LQR também pode ser aplicado em condição de rastreamento de referência ao invés de modo regulatório como normalmente é utilizado.