[pt] CONTROLE PREDITIVO BASEADO EM MODELO NÃO LINEAR APLICADO A UMA COLUNA DESPROPANIZADORA

[en] NONLINEAR MODEL PREDICTIVE CONTROL APPLIED TO A DEPROPANIZER COLUMN

[pt] ANA CAROLINA GUIMARAES COSTA

[pt] REDE NEURAL ARTIFICIAL

[pt] MODELO DE HAMMERSTEIN

[pt] CONTROLE PREDITIVO BASEADO EM MODELO NAO LINEAR

[pt] DESPROPANIZADORA

[pt] COLUNA DE DESTILACAO

[en] ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS

[en] HAMMERSTEIN MODEL

[en] NONLINEAR MODEL PREDICTIVE CONTROL

[en] DEPROPANIZER

[en] DISTILLATION COLUMN

[pt] Este trabalho tem como objetivo estudar estratégias de Controle Preditivo baseado em Modelo Não-Linear (NMPC) aplicadas a uma coluna de destilação despropanizadora simulada. Essas colunas são empregadas em unidades de processamento de gás natural (UPGNs) para a separação do produto propano do butano. Colunas de destilação possuem características particularmente desafiadoras sob o ponto de vista de controle, como: não-linearidades, grandes constantes de tempo, atraso, restrições de variáveis e inversão do sinal de ganho estático. Como as medidas de composição frequentemente possuem atrasos e dados esparsos, os sistemas de controle convencionais não são capazes de controlar a composição diretamente e possuem dificuldade em manter os produtos dentro das especificações. Contudo, controladores baseados em modelo possuem a habilidade de prever a composição através do modelo interno do processo, além de serem capazes de lidar com restrições. Na literatura, nenhuma aplicação do modelo de Hammerstein modificado para coluna de destilação ou para sistemas multivariáveis foi encontrada, sendo esta uma novidade. Desta forma, foram estudadas três estratégias de controle: controle PID tradicional, NMPC com modelo de Hammerstein modificado (H-NMPC) e NMPC com modelo por Redes Neurais (NN-NMPC). O sistema estudado foi identificado de forma a se obter valores numéricos adequados aos parâmetros dos modelos. A identificação dos parâmetros dos modelos e os algoritmos de NMPC foram implementados no ambiente MATLAB. A coluna de destilação foi simulada usando o Aspen Plus Dynamics. Como resultado, o H-NMPC teve o melhor desempenho de controle ao rastrear diferentes trajetórias de referência, a desacoplar as variáveis controladas e a rejeitar os distúrbios. Além disso, esta apresentou maior rapidez computacional comparado com a estratégia NNNMPC.

[en] This work aims to study strategies of Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) applied to a simulated depropanizer distillation column. These columns are used in natural gas processing units (NGPUs) for the separation of the product propane from butane. Distillation columns have particularly challenging features from the control point of view, such as: nonlinearities, large time constants, delay, variable constraints and static gain signal inversion. Because compositional measures often have delays and sparse data, conventional control systems are not able to control composition directly and have difficulty keeping products within specifications. However, model-based controllers predict composition through the internal process model, besides being able to handle constraints. In the literature, no applications of the modified Hammerstein model for distillation column or multivariable systems was found, so this is a novelty. Therefore, three control strategies were studied: traditional PID control, NMPC with modified Hammerstein model (H-NMPC) and NMPC with neural network model (NN-NMPC). The studied system was identified in order to obtain adequate numerical values of the model parameters. The model identification and the NMPC algorithms were implemented in the MATLAB environment. The distillation column was simulated using Aspen Plus Dynamics. As a result, the H-NMPC provided better control performance for different setpoint tracking, control variables decoupling, and disturbance rejection. Furthermore, it presented faster computational speed compared to NN-NMPC.

BRUNNO FERREIRA DOS SANTOS

SIMONE DE CARVALHO MIYOSHI

SIMONE DE CARVALHO MIYOSHI

BRUNNO FERREIRA DOS SANTOS

HELON VICENTE HULTMANN AYALA

FILIPE ALVES COELHO

2020-09-30

2019-09-13

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=49673@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=49673@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.49673