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Type: Dissertação
Title: Auto-tuning control techniques applied to a neonatal incubator
Title in English: Auto-tuning control techniques applied to a neonatal incubator
Authors: Pereira, René Descartes Olímpio
Advisor: Torrico, Bismark Claure
Co-advisor: Nogueira, Fabrício Gonzalez
Keywords: PID controllers;Controlador de auto-ajuste;Controle automático;Controle PID;Processos TITO;Compensador de atraso de transporte
Issue Date: 2016
Citation: PEREIRA, René Descartes Olimpio. Auto-tuning control techniques applied to a neonatal incubator. 2016. 143 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2016.
Abstract in Brazilian Portuguese: Este trabalho estuda e propõe técnicas de sintonia automática de controladores para processos de uma entrada e uma saída (SISO, do inglês single-input-single-output) e de duas entradas e duas saídas (TITO, do inglês two-input-two-output) com atraso de transporte. Além disso, ele propõe um compensador de atraso de transporte (DTC, do inglês dead-time compensator) baseado em controle preditivo generalizado (GPC, do inglês generalized predictive control) com ação anti-windup. Primeiramente, são apresentadas generalidades sobre a metodologia de sintonia automática estudada. A sintonia automática de controladores proporcional-integralderivativos (PID) para processos SISO é estudada e novos métodos para processos integradores e instáveis são propostos. Em seguida, é proposta a sintonia automática do preditor de Smith filtrado simplificado, um compensador de atraso de transporte robusto para processos SISO estáveis, instáveis e integradores. Os resultados para processos SISO são então estendidos para a sintonia automática de controladores PID para processos TITO. Finalmente, o DTC baseado em GPC com ação anti-windup é apresentado. Sua formulação pode lidar com processos SISO estáveis, instáveis e integradores. São apresentados resultados de simulações, onde os métodos estudados e propostos são comparados com outros métodos recentes da literatura, destacando suas propriedades e vantagens. Resultados experimentais para processos SISO e TITO estáveis foram obtidos aplicando os métodos estudados no controle de temperatura e umidade relativa de um protótipo de incubadora neonatal e verificam a eficácia dos métodos estudados e propostos em um contexto prático.
Abstract: This work studies and proposes techniques of automatic tuning of controllers for single-inputsingle-output (SISO) and two-inputs-two-outputs (TITO) processes with dead time. Furthermore, it proposes a dead-time compensator (DTC) based on generalized predictive control (GPC) with anti-windup action. Firstly, generalities about the studied auto-tuning methodology are presented. The auto-tuning of proportional-integral-derivative (PID) controllers for SISO processes is studied e new methods for integrating and unstable processes are proposed. Following, it is proposed the auto-tuning of the simplified filtered Smith predictor, a robust dead-time compensator for stable, unstable and integrating SISO processes. The results for SISO processes are then extended for the auto-tuning of PID controllers for TITO processes. Finally, the GPC-based DTC with anti-windup action is presented. Its formulation can cope with stable, unstable and integrating SISO processes. Simulation results are presented, where studied and proposed methods are compared with other recent methods of the literature, highlighting their properties and advantages. Experimental results for stable SISO and TITO processes were obtained by applying the studied methods on the control of temperature and relative humidity of a neonatal incubator prototype and verify the effectiveness of the studied and proposed methods in a practical context.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/62815
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