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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76049
Tipo: | Tese |
Título: | Smith predictor-based controllers for high-order dead-time processes |
Título em inglês: | Smith predictor-based controllers for high-order dead-time processes |
Autor(es): | Pereira, René Descartes Olimpio |
Orientador: | Torrico, Bismark Claure |
Coorientador: | Nogueira, Fabrício Gonzalez |
Palavras-chave em português: | Preditor de Smith;. Processos com atraso de transporte;Modelos de ordem elevada;Zeros de fase não-miníma;Controle feedforward;Perturbações mensuráveis;Incubadora neonatal |
Palavras-chave em inglês: | Smith predictor;Dead-time processes;High-order models;Non-minimum phase zeros;Feedforward control;Measurable disturbances;Newborn intensive care unit |
Data do documento: | 25-Abr-2023 |
Citação: | PEREIRA, R.D.O. Smith predictor-based controllers for high-order dead-time processes. 2023. f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza. 2023. |
Resumo: | Este trabalho estuda e propõe controladores baseados no preditor de Smith (SP, do inglês Smith predictor) para processos com atraso de transporte de ordem elevada e para processos com perturbações mensuráveis. Relevantes controladores da literatura baseados no SP são estudados e suas principais características destacadas. Uma estrutura de controle adequada para processos com atraso de transporte, de ordem elevada e com zeros de fase não-mínima (NMP, do inglês non-minimum phase) é proposta, a saber, o SP filtrado simplificado (SFSP, do inglês simplified filtered Smith predictor). A estratégia proposta usa uma formulação de espaço de estados e pode ser aplicada de maneira unificada a processos lineares com atraso, sendo eles estáveis, instáveis e integradores e de qualquer ordem. Em geral, os compensadores de atraso de transporte (DTCs, do inglês dead-time compensators) primeiro preveem a saída do processo com erro zero em um estado estacionário e, em seguida, um controlador primário com um integrador é projetado com base no modelo sem atraso. A principal vantagem da estrutura proposta é que o controlador primário é apenas um ganho de realimentação de estados sem integradores explícitos. Isso leva a menos parâmetros para sintonizar e filtros de ordem inferior, enquanto um filtro de robustez é usado para rejeitar distúrbios e garantir erro zero em regime permanente. Os resultados de simulações mostram um desempenho melhor ou equivalente em comparação com outros trabalhos publicados recentemente, mesmo mantendo o projeto de controlador simples. Os fundamentos básicos do controle feedforward para distúrbios mensuráveis são apresentados e importantes controladores baseados no SP para processos com atraso de transporte e com perturbações mensuráveis são estudados. Uma extensão feedforward para o SFSP para processos com atraso de transporte de ordem elevada para lidar com perturbações mensuráveis também é proposta. Em comparação com outras estratégias de controle, a principal vantagem de usar a abordagem do preditor é a capacidade de lidar com processos com atraso longo. A estrutura melhora o desempenho de rejeição de perturbação ao alimentar à frente a perturbação enquanto mantém as boas propriedades de robustez e atenuação de ruído do SFSP. Os resultados de simulações também mostram melhores índices de desempenho em comparação com outras estratégias da literatura recente. Além disso, para mostrar sua eficácia em um processo real, as estratégias propostas são aplicadas no controle de temperatura de uma incubadora neonatal. |
Abstract: | This work studies and proposes controllers based on the Smith predictor (SP) for both highorder dead-time processes and processes with measurable disturbances. Relevant SPbased controllers from the literature are studied, and their main characteristics are highlighted. A control structure suitable for high-order dead-time processes with nonminimum phase (NMP) zeros is proposed, namely, the simplified filtered SP (SFSP). The proposed strategy uses a state-space formulation and can be applied in a unified manner to stable, unstable, and integrating linear dead-time processes of any order. In general, dead- time compensators (DTCs) first predict the process output with zero error at a steady state, and then a primary controller with an integrator is designed based on the delay-free model. The main advantage of the proposed structure is that the primary controller is only a statefeedback gain with no explicit integrators. This leads to fewer parameters to tune and lowerorder filters, while a robustness filter is used to reject disturbances and guarantee zero error at a steady state. Simulation results show better or equivalent performance than other recently published works, even by keeping controller design simple. The basic fundamentals of feedforward control for measurable disturbances are presented, and important SP-based controllers for dead-time processes with measurable disturbances are studied. A feedforward extension for the SFSP for high-order dead-time processes to deal with measurable disturbances is also proposed. Compared to other control strategies, the main advantage of using the predictor approach is the ability to deal with processes with large dead time. The structure improves the disturbance rejection performance by feedforwarding the disturbance while maintaining the good robustness and noise attenuation properties of the SFSP. Simulation results also show better performance indices compared with other strategies from the recent literature. In addition, to show their effectiveness in a real process, the proposed strategies are applied to control the temperature in a newborn intensive care unit (NICU). |
Descrição: | Pereira, R.D.O. Smith predictor-based controllers for high-order dead-time processes. 2023. f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza. 2023. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76049 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/7923080150109441 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/3021078142448985 |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/5826590609995005 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DEEL - Teses defendidas na UFC |
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