Simulação de um controlador preditivo baseado em modelo com termo integral

Abstract

O controlador MPC é amplamente utilizado na indústria de processos por permitir o controle de sistemas multivariáveis, realizar a compensação antecipada do efeito de distúrbios medidos e possibilitar a consideração de restrições nas variáveis controladas e manipuladas, entre outros. Porém, este controlador apresenta baixa performance quando se trata de distúrbios não medidos e, por utilizar internamente um modelo explícito da planta que está sendo controlada, erros de modelagem acabam limitando o seu desempenho. Com o objetivo de diminuir estas desvantagens, é proposto neste trabalho o MPC+I, um controlador MPC com ação integral atuando de forma paralela e o controle preditivo. Nesta estratégia, o MPC atua em malha aberta, recebendo apenas o setpoint como entrada, enquanto que a ação integral atua na realimentação do sistema, integrando o erro entre o setpoint e a saída da planta, com o objetivo de corrigir o efeito de distúrbios não medidos e discrepâncias entre planta e modelo. Para analisar os efeitos desta nova estratégia, foram simulados casos de malhas de controle SISO com plantas lineares de 1ª e 2ª ordem e também com um modelo não linear. Nestes testes, foram analisados a resposta do MPC+I frente a alterações de setpoint, distúrbios do tipo degrau na entrada da planta, discrepâncias entre a planta e o modelo e a influência dos parâmetros de sintonia do MPC+I no desempenho em malha fechada com a planta de 1ª ordem. Os resultados demonstraram que a estratégia MPC+I faz com que a resposta servo do sistema em malha fechada apresente maior overshoot e um maior tempo de assentamento. Porém, quanto à resposta regulatória, o MPC+I apresenta maior tempo de subida, porém sem overshoot quando comparado com a estratégia tradicional do MPC.