Projeto de controle baseado em observador de distúrbio com uso de otimização evolutiva

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dc.contributor.advisorGonçalves, Eduardo Nunes
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4167566933927576
dc.contributor.authorPereira, Denise Fonseca
dc.contributor.referee1Eduardo Nunes Gonçalves
dc.contributor.referee2Samir Angelo Milani Martins
dc.contributor.referee3Eduardo Stockler Tognetti
dc.date.accessioned2023-08-08T14:56:31Z
dc.date.available2023-08-08T14:56:31Z
dc.date.issued2021-01-27
dc.description.abstractO controle baseado no observador de distúrbio é uma ferramenta de controle aplicado em diversos setores industriais, com a finalidade de rejeitar distúrbios não medidos no processo. Desde sua concepção, diversas implementações têm se mostrado eficientes, tanto para sistemas representados no domínio do tempo quanto para sistemas representados no domínio da frequência. Este trabalho apresenta um estudo sobre esta técnica bem como sua aplicação. A aplicação do controle baseado no observador de distúrbio para sistemas de uma entrada e uma saída, de fase mínima e não mínima, consiste em uma técnica já bem consolidada. Já para os sistemas com múltiplas entradas e múltiplas saídas com atraso existem dois desafios que devem ser analisados com atenção. O primeiro desafio é o cálculo da inversa do modelo nominal da planta. O segundo desafio é a síntese ideal do filtro do observador de distúrbios para se obter um compromisso entre a rejeição das perturbações e a atenuação dos ruídos de medição. A proposta aqui apresentada é uma estratégia que utiliza funções de transferências equivalentes para tratar do desafio do cálculo da inversa do modelo nominal da planta que é comparada com outras estratégias encontradas na literatura. A função de transferência equivalente aproxima a inversa de um modelo multivariável por uma matriz cujos elementos são o inverso de funções de transferência de primeira ordem mais atraso de tempo, que são mais simples de serem tratadas. Para tratar a síntese ideal do filtro do observador de distúrbios é proposta uma formulação baseada em um problema de otimização multiobjetivo. Por meio de um algoritmo de otimização evolutiva multiobjetivo, é possível obter um conjunto de soluções eficientes com diferentes compromissos entre os dois objetivos. Essa mesma formulação de síntese foi utilizada para o problema de sistema de uma entrada e uma saída no domínio da frequência e para tratar os sistemas multivariáveis no domínio do tempo. A técnica é aplicada inicialmente a um problema de fase mínima representado no domínio da frequência juntamente com a síntese do controlador PI. Posteriormente são tratados dois exemplos de sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas com atrasos de tempo representados no domínio da frequência. E, por fim, a técnica é utilizada em um sistema no domínio do tempo. Os resultados encontrados mostram que as estratégias propostas para síntese de controladores baseados em observadores de distúrbios são eficazes. No caso de sistemas multivariáveis no domínio da frequência, a proposta de uso da função de transferência equivalente, tanto para síntese como para implementação, se mostrou eficiente apresentando melhores resultados que outras técnicas existentes na literatura.
dc.description.abstractotherThe disturbance observer based control is a control tool applied in several industrial sectors, with the purpose of rejecting disturbances not measured in the process. Since its conception, several implementations have been shown to be efficient, both for systems represented in the time domain as well in the frequency domain. This work presents a study on this technique as well as its application. The application of the disturbance observer based control for systems with one input and one output, of minimum and non-minimum phase, consists of a well-established technique. For systems with multiple inputs and multiple outputs with time delay, there are two challenges that must be analyzed carefully. The first challenge is to calculate the inverse of the nominal model of the plant. The second challenge is the ideal synthesis of the disturbance observer filter to achieve a tradeoff between the rejection of disturbances and the attenuation of measurement noises. The proposal presented here is a strategy that uses equivalent transfer function to address the challenge of calculating the inverse of the nominal model of the plant that is compared with other strategies found in the literature. The equivalent transfer function approximates the inverse of a multivariable model by a matrix whose elements are the inverse of first order plus time delay transfer functions, which are simpler to deal with. In order to treat the ideal synthesis of the disturbance observer filter, a formulation based on a multi-objective optimization problem is proposed. Through a multi-objective evolutionary optimization algorithm, it is possible to obtain a set of efficient solutions with different tradeoffs between the two objectives. This same synthesis formulation was applied for the problem of systems with one input and one output in the frequency domain and to treat multivariable systems in the time domain. The technique is initially applied to a minimum phase problem represented in the frequency domain together with the synthesis of the PI controller. Subsequently, two examples of multiple input and multiple output systems with time delays represented in the frequency domain are treated. Finally, the technique is applied for two time domain systems. The results found show that the proposed strategies for synthesis of disturbance observer based control are effective. In the case of multivariable systems in the frequency domain, the proposed use of the equivalent transfer function, both for synthesis and for implementation, proved to be efficient, presenting better results than other existing techniques in the literature.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/377
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG / UFSJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectTeoria de controle não linear
dc.subjectCircuitos elétricos - Análise
dc.subjectOtimização matemática
dc.subjectProcesso decisório por critério múltiplo
dc.subjectObservadores (Teoria de controle)
dc.titleProjeto de controle baseado em observador de distúrbio com uso de otimização evolutiva
dc.typeThesis
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