Modelagem e aplicação de compensação de tempo morto para malha de controle de taxa de minério de ferro em um alimentador de sapatas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Resumo
Nas empresas de extração de minério, o controle mássico em cada unidade de tratamento de
minério é indispensável. A partir dos dados disponibilizados por instrumentos instalados em
campo, o controle e gerenciamento da planta pode ser feito por meio de controladores
industriais. Os controladores lógicos são capazes de interpretar o descritivo funcional do
processo, tomando decisões automáticas para efetuar comandos em equipamentos e atuadores.
Dentre os algoritmos de programação dos controladores industriais, existem lógicas
específicas para controle de processo. Essas lógicas incluem a utilização de controladores PID
(proporcional, integral e derivativo), que em várias aplicações podem ser utilizados somente o
controle proporcional e integral (PI). A sintonia de controladores requer um conhecimento
prévio da dinâmica do processo a ser controlado, porém vários fatores podem dificultar a
estabilidade da malha de controle. Para os casos em que o atraso puro de tempo do processo
seja dominante, novas estratégias de controle devem ser elaboradas. Este trabalho descreve o
desenvolvimento de um sistema de compensação de tempo morto baseado no preditor de
Smith em uma malha de controle de vazão mássica, onde a variável manipulada é a
velocidade de um Alimentador de Sapatas. Para elaboração da estrutura de controle com o
compensador de tempo morto foram utilizadas técnicas de identificação de sistemas para
representação do processo. Foram coletados os sinais de saída da malha de controle e da
variável do processo para estimação dos parâmetros do modelo. O método de mínimos
quadrados foi utilizado para estimar os parâmetros do modelo matemático. Após o resultado
dos ensaios, a estrutura de controle considerando o preditor de Smith foi implementada no
PLC (Programable Logic Control). Pelos resultados obtidos, conclui-se que o preditor de
Smith melhora o desempenho da malha de controle e elimina o overshoot da resposta
transitória do processo. Dessa forma, a sintonia da malha de controle permite uma estratégia
desconsiderando a existência do atraso puro de tempo do sistema.
Abstract
In the ore extraction companies, the mass control in each ore treatment unit is indispensable.
From the data provided by instruments installed in the field, the control and management of
the plant can be done through industrial controllers. Logical controllers are able to interpret
the functional descriptive of the process, making automatic decisions to make commands on
equipment and actuators. Among the programming algorithms of the industrial controllers,
there are specific logics for process control. These logics include the use of PID controllers
(proportional, integral and derivative), that in several applications only proportional and
integral control (PI) can be used. Controller tuning requires prior knowledge of the dynamics
of the process to be controlled, but several factors may hamper the stability of the control
loop. For those cases where the pure process time lag is dominant, new control strategies must
be developed. This work describes the development of a dead time compensation system
based on Smith's predictor in a mass flow control mesh, where the manipulated variable is the
speed of a Shoe Feeder. For the elaboration of the control structure with the dead time
compensator, techniques of system identification were used to represent the process. The
output signals of the control mesh and the process variable were collected to estimate the
parameters of the model. The least squares method was used to estimate the parameters of the
mathematical model. After the test results, the control structure considering Smith's predictor
was implemented in the PLC (Programmable Logic Control). From the results obtained, it is
concluded that Smith's predictor improves the performance of the control mesh and eliminates
the overshoot of the transient response of the process. In this way, the tuning of the control
mesh allows a strategy disregarding the existence of the pure time delay of the system.
Assunto
Automação industrial, Controladores programáveis, Identificação de sistemas, Modelos matemáticos
Palavras-chave
Compensador de tempo morto, Preditor de Smith, Malha de controle, Controlador PI, Técnicas de identificação de sistemas, Modelagem