apresentação de artigo sobre um projeto e estudo de caso da implementação de um sistema de...
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Projeto e estudo de caso da implementação de um sistema de
controle nebuloso
Autores: Leandro dos Santos Coelho;
Otacílio da M. Almeida; Antonio Augusto R. Coelho.
Artigo publicado originalmente em Sba Controle & Automação vol.14 no.1 Campinas Mar. 2003.
Apresentadora do artigo para a disciplina de Sistemas Evolutivos do Curso de Mestrado em Engenharia
Eletrônica - UERJ: Juliana Cindra.
Outubro 2014
Sumário● Objetivo do trabalho do artigo;
● Introducao do artigo;
● Fundamentos de controle nebuloso (CN);
● Fluxo de dados dos CNs;
● Exemplo do projeto de um CN;
● Descricao do processo multivariavel;
● Projeto do controlador para o controle de um processo multivariavel;
● Conclusao.
Objetivo do Trabalho do Artigo
● Abordagem sobre controladores controladores convencionais e avançados;
● Estudo de caso experimental de controlador nebuloso multivariável;
● Aplicação do controlador nebuloso a um processo não-linear:
– MISO (Multi-Input and Single-Output), ou balanço horizontal;
● Visão geral de propostas da academia;
● Conjunto de aplicações industriais dos controladores nebulosos.
Introdução do Artigo
● Controladores nebulosos
– Trabalham com entradas contendo informações imprecisas;
– Tratam processos complexos, com características de comportamento não-linear, etc;
– Possibilitam implementação de conhecimento e experiência de especialistas
• Utilização de regras linguísticas.
Fundamentos de Controle Nebuloso (CN)
● Essência do CN é explorar o conhecimento do operador humano;
● Projetos de CNs caracterizam-se:– Tratamento do conhecimento a priori sobre o processo;– Ou, síntese através de algoritmo de otimização;
● Diversos métodos para o projeto de um CN;● Fases de projeto dos Cns:– Nebulização (fuzzyfication);– Análise e execução de regras;– Desnebulização (defuzzyfication);
Fluxo de dados dos CNs Base de conhecimento
abrange: Base de dados; Base de Regras;
Base de dados: Universo de discurso de
cada variável de estado; Funções de pertinência e
parâmetros; Base de Regras:
Projetada pela seleção das variáveis (entrada e saída) e regras de controle.
Fase de nebulização: Conversão de variáveis numéricas em
linguísticas; Fases de execução:
Responsáveis pela avaliação das regras de controle;
Saída de regra é obtida através de procedimentos de cálculo (baseado nos valores dos antecedentes);
Fase de desnebulização: Reverso da fase de nebulização; Transforma valores da saída do CN em valores crisp.
Exemplo do Projeto de um CN
● Processo balanço horizontal (PBH)
Descrição do Processo Multivariável
● Processo Balanço Horizontal (PBH)
– Haste metálica;
– Extremidades com 2 motores DC de 12 volts (controle u1 e u2);
– Hélices plásticas acopladas;
– Potenciômetro de precisão preso ao ponto central da haste;
– Base de apoio formada por plataforma metálica;
– Circuitos de medição e atuação do processo (preso em estojo de plastico sob a base de apoio);
• Interface entre controlador (a ser utilizado), usuário, e protótipo.
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● Projeto CN-(PD+I) incremental estendido para o caso MISO;● O CN-(PD+I) é regido pela lei de controle:
– Onde uPID(k) é o vetor (mx1);– uI(k) ação integral do erro;– KuPD e KuI são as matrizes dos ganhos dos algoritmos de controle
incremental proporcional mais derivativo e integral, respectivamente;● Diagrama do CN-(PD+I):
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● A metodologia do projeto é descrita por quatro aspectos relevantes:– Escolha das entradas e saídas;– Definição das superfíces de controle;– Ajuste da base de regras;– Escolha do médoto de nebulização e
desnebulização.
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● Escolha das entradas e saídas:– As características funcionais e
operacionais são determinadas e avaliadas
– Características funcionais: A seleção das variáveis dependem do controle a ser realizado;
– Características operacionais: O domínio dos valores depende:• Intervalo dos valores
normalizados das entradas do controlador;
• Ações de controle a ser aplicado ao processo;
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● Definição das superfíces de controle:– Número de conjuntos nebulosos escolhidos heurísticamente;– Selecionados somente 3 conjuntos nebulosos para as entradas e
saídas;– Variáveis linguísticas são atribuídas os valores:
• POsitivo (PO), NEgativo (NE), ZEro (ZE);– Variáveis erro e Derro:
• correspondem ao erro (diferença entre a referência e a saída do processo) e a variação do erro;
– Ajustes das funcões de pertinencia realizado por tentativa e erro;
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● Ajuste da base de regras:– estrutura multivariável do CN-
(PD+I) incremental aplicado ao PBH apresentado na tabela;
– Base de regras aplicadas iguais para u1 e u2;
– Forma das regras de produção utilizadas:• <condição> então
<conclusão>;• Exemplo: se <erro é PO e
Derro é ZE > então < u1 é PO e u2 é NE>;
Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável
● Escolha do método de nebulização e desnebulização:– Método de desnebulização: centro da área
(centróide);– Nebulização: consulta a uma tabela
previamente armazenada em memória;– Resultados experimentais obtidos em período
de amostragem de 200 mseg;– Base de regras do controlador I, no CN-(PD+I),
constituído de 3 regras;– Em ensaio o PBH foi submetido a variações de
referência (comportamento servo)– Referência estipulada inicialmente em 4 volts:
• Posteriormente modificada para 1, 3 e 2 volts
● A figura ilustra os experimentos de variação de referência do PBH viaCN-(PD+I);
Conclusão
● Controlador apresentou comportamento servo adequado no seguimento das referências;
● Diversos fatores influenciaram do desempenho do CN apresentado– Seleção da base de regras;– Ajustes das funções de pertinência;– Determinação dos fatores de escala;– Divisão do universo de discurso e conhecimento a priori das
características dos processos pelo projetista;● Projeto do CN-(PD+I) incremental apresentou comportamento
adequado na tarefa de controle do PBH.
Perguntas?
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-17592003000100003&script=sci_arttext&tlng=es
Artigo
Autores
Leandro dos Santos Coelho (I); Otacílio da M. Almeida (II); Antonio Augusto R. Coelho (III)
(I) Laboratório de Automação e Sistemas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas, Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Rua Imaculada Conceição, 1155 Prado Velho, 80215-901, Curitiba, PR, Brasil(II) Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, Brasil(III) Departamento de Automação e Sistemas, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal 476, 88040-900, Florianópolis, SC, Brasil
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