APLICAÇÃO DE CONTROLADORES PID MULTIVARIÁVEIS EM SISTEMAS COM ACOPLAMENTO ENTRE AS MALHAS

Abstract

RESUMO:Neste trabalho foram comparados dois conceitos de desenvolvimento de controladores PID aplicáveis para grande número de processos industriais com interação entre malhas: o método de sintonia de controladores PID sequencial e o método IMC multivariável. Apesar de os precursores de ambas as técnicas serem bastante difundidas no ambiente industrial para controle de sistemas do tipo SISO, tais métodos de controle monovariáveis não são capazes de atuar com eficiência em processos do tipo MIMO. Portanto, o desenvolvimento de uma matriz de desacoplamento e sua adição ao sistema mutivariável faz-se necessária para o controle de processos com acoplamento entre as malhas a partir de estruturas de controle monovariáveis, atuando de modo a minimizar (ou até mesmo eliminar) a interação proporcionada pelos elementos de fora da diagonal principal da matriz de transferência do processo. A eficácia das técnicas de controle e desacoplamento de sistemas multivariáveis apresentadas neste trabalho foi avaliada em dois processos, sendo um deles simulado (coluna de destilação de Wood e Berry) e o outro uma planta real de tanques acoplados com forte interação entre as malhas. Foram calculadas as matrizes de desacoplamento simplificado para os sistemas, comparando-se as respostas dos processos frente às ações dos controladores sintonizados pelos métodos sequencial, IMC monovariável, método de Aström e IMC multivariável. Palavras-chave: Controlador PID, método sequencial, IMC multivariável, sistemas multivariáveis, desacoplamento de malhas. ABSTRACT:In this work two concepts of PID controller development applicable to a large number of industrial processes with loop interactions were compared: sequential PID controller tuning method and multivariable IMC method. Although the precursors of both techniques are widespread in the industrial environment for control of SISO systems, such monovariable control methods are not capable of performing efficiently in MIMO processes. Therefore, the development of a decoupling matrix and its addition to the mutivariate system is necessary for the control of processes with coupling between the loops from monovariable control structures, acting in a way to minimize (or even eliminate) the interaction provided by the elements outside the main diagonal of the process transfer matrix. The effectiveness of the control and decoupling techniques of multivariable systems presented in this work was evaluated in two processes, one of which was simulated (Wood and Berry distillation column) and the other a real coupled tank system with strong interaction between the loops. Simplified decoupling matrices were calculated for the systems, comparing the responses of the processes to the actions of the controllers tuned by the sequential methods, multivariable IMC, Aström method and monovariable IMC.