Metodologia não intrusiva para estimação do tempo morto em sistemas monovariáveis

Abstract

Dentre os fatores limitantes dos sistemas de controle, o tempo morto está entre os mais críticos e de difícil detecção sem testes intrusivos. O conhecimento do seu valor é essencial para a identificação de modelos e na auditoria de desempenho de sistemas de controle. Em virtude disto, o presente trabalho propõe uma metodologia eficaz para estimá-lo utilizando apenas dados históricos de processo em malha fechada. A principal vantagem frente a técnicas disponíveis na literatura é a não necessidade de testes intrusivos. A metodologia é baseada em um tratamento de sinal para remoção dos efeitos do distúrbio não medido e dos erros de modelo. O tratamento de sinal consiste na minimização das oscilações do sinal erro em malha aberta suavizado como função do tempo morto. Diversas formulações de função objetivo e procedimentos de suavização foram estudados visando facilitar a estimação do parâmetro. A qualidade da metodologia é ilustrada através de simulações em uma série de cenários, os quais simulam processos lineares de diferentes características sob o efeito de distúrbios distintos. A metodologia também é testada frente a estudo de casos com dados reais de processo industrial em malhas de nível e temperatura. Os resultados são comparados com métodos da literatura e demonstram que o método proposto foi eficaz na estimação do tempo morto para a maioria dos casos.

Among the limiting factors of control systems, the pure time delay is one of the most critical and difficult to estimate without an intrusive perturbation. The knowledge of its value is essential for model identification and control loop performance assessment. This work proposes a methodology to determine dead time using ordinary closed loop operating data. The main advantage over available techniques is the non-necessity of intrusive plant tests. The proposed approach is based on a signal processing for removing the effects of the unmeasured disturbances and the model-plant mismatches. The signal processing consists of the minimization of the oscillations of the smoothing open loop error as a function of the pure time delay. Several objective function formulations and smoothing procedures were studied in order to facilitate parameter estimation. The quality of the methodology is illustrated by simulations in a series of scenarios, which simulate linear processes of different characteristics under the effect of different disturbances. The methodology is also tested in case studies with real industrial process data. Results are compared to literature approaches and show the method was effective to estimate the pure time delay for most cases.