Avaliação de controles PID adaptativos para um sistema de aquecimento resistivo de água

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2004

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The aim of this work is to implement a conventional PID/SISO feedback control to obtain a fine adjustment of the water inlet temperature at a pasteurization process. For that, a resistance of 2500 Watts and a Pt100 to measure the temperature were installed in the water inlet line of the pasteurizer heating section. As the water temperature behavior according to the same step change on the potency of the resistance depends on the working flow rate, a single controller was designed to keep this temperature at its desirable set-point, for the water flow rate, within the range of 300 to 700L/h. Three different tunings for the PID were tested: the first consisted on the implementation of a function for the calculation of the PID parameters fitted to individual values obtained from each flow rate, according to process reaction curve methodology; the second consisted on using the PID parameters calculated as the average of these individual values; at the third tuning, an adaptive function fitted with the individual parameters obtained with Aström & Hägglund methodology was used. The performance evaluation of the configured PID controllers was carried out by comparing the error index values, obtained after disturbances in the water flow rate in the closed loop system. The error indexes calculated after step changes in the water flow rate were used to evaluate the tunings. The results have shown that the third tuning, called "Bang Bang" presented minor oscillations and smaller error indexes compared to the other two methods. O trabalho consiste na implementação de um controle convencional PID/SISO-feedback para obter um ajuste fino na temperatura de entrada da água de aquecimento em um processo de pasteurização. Para isto utilizou-se uma resistência de 2500 Watts instalada na linha do fluido secundário da seção de aquecimento do pasteurizador e um Pt100 para a medição de sua temperatura. Como o comportamento desta temperatura em função de uma mesma perturbação degrau de potência na resistência é dependente da vazão de trabalho, objetivou-se encontrar um controle único para que a mesma fosse mantida no set-point desejado na faixa de operação de vazão da água do processo (300 a 700L/h). Três sintonias para o controlador adaptativo PID foram testadas: a primeira consistiu na implementação de uma função adaptativa dos parâmetros PID, ajustada através dos valores individuais obtidos para cada vazão de trabalho conforme metodologia da curva de reação do processo; a segunda consistiu em configurar os parâmetros do PID com os valores médios destes calculados individualmente para cada vazão, e a terceira consistiu na sintonia através de uma função adaptativa ajustada pelos parâmetros de sintonia obtidos pela metodologia de Aström & Hägglund. A avaliação do desempenho das sintonias dos controladores adaptativos foi realizada por comparação dos valores dos índices de erro, obtidos por perturbações do sistema em malha fechada na vazão de água. Os resultados obtidos mostraram que dentre as sintonias testadas, a terceira sintonia, popularmente conhecida como "Bang-Bang", apresentou menores oscilações e os menores valores dos índices de erros.


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Assunto

controle adaptativo, aquecimento resistivo, PID, pasteurização, sintonia, adaptive control, resistive heating, PID, pasteurization, tuning

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