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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31709| Tipo: | TCC |
| Título: | Controle preditivo inferencial adaptativo neural aplicado em um reator químico não isotérmico |
| Autor(es): | Diniz Filho, Jose Carlos |
| Primeiro Orientador: | Morais Junior, Arioston Araujo de |
| Resumo: | Os processos químicos industriais são essenciais na produção de diversos produtos e têm um impacto direto em nossa vida diária. A eficiência e segurança desses processos são fundamentais para a economia global, a saúde humana e o meio ambiente. Estratégias de controle desempenham um papel central ao otimizar o uso de recursos, minimizar resíduos e maximizar a qualidade do produto. No entanto, a complexidade aumenta devido à dificuldade de medir algumas variáveis críticas com precisão em tempo real. Nesse cenário, os sensores virtuais podem ser úteis como modelos de referência, controle inferencial e estimativa de variáveis de difícil medição, usando modelos matemáticos e dados disponíveis para calcular essas informações cruciais. Neste trabalho, foram desenvolvidas duas estratégias de controle para um reator CSTR não isotérmico que produz propilenoglicol. O controle de modelo preditivo (MPC) foi aplicado em sistemas complexos e não lineares, substituindo estratégias de controle convencionais. Uma Rede Neural Artificial (RNA) do tipo MLP foi usada como sensor virtual para estimar a concentração de propilenoglicol. O sensor virtual neural foi treinado, validado e testado, com resultados notáveis, mesmo sob condições de distúrbios e mudanças do ponto de operação (setpoint). A análise de regressão mostrou um ajuste sólido do modelo, com alta precisão. Além disso, uma abordagem heurística foi usada para sintonizar os parâmetros dos controladores preditivos. O Controlador Adaptativo por matriz dinâmica com programação quadrática (AQDMC), apresentou melhor desempenho, com menor overshoot e tempo de estabilização, destacando sua superioridade. Isso demonstra a eficácia do sensor virtual na estimativa de concentração e a vantagem do controlador AQDMC, especialmente diante de perturbações no processo. O estudo contribui para a aplicação de RNAs na otimização de processos químicos, enfatizando a importância do sensor virtual e do controle eficaz para alcançar eficiência e precisão na indústria. |
| Abstract: | Industrial chemical processes are essential for the production of various products and have a direct impact on our daily lives. The efficiency and safety of these processes are crucial for the global economy, human health, and the environment. Control strategies play a central role in optimizing resource utilization, minimizing waste, and maximizing product quality. However, complexity increases due to the challenge of accurately measuring some critical variables in real-time. In this scenario, virtual sensors can be valuable as reference models, inferential control, and estimators of hard-to-measure variables, utilizing mathematical models and available data to compute these vital pieces of information. In this study, two control strategies were developed for a non-isothermal CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor) that produces propylene glycol. Model Predictive Control (MPC) was applied to complex and nonlinear systems, replacing conventional control strategies. A Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (MLP-ANN) served as a virtual sensor to estimate the concentration of propylene glycol. The neural virtual sensor was trained, validated, and tested, producing remarkable results even under disturbance and setpoint changes. Regression analysis demonstrated a robust model fit with high accuracy. Additionally, a heuristic approach was employed to fine-tune the parameters of the predictive controllers. The Adaptive Quadratic Dynamic Matrix Control (AQDMC) controller exhibited superior performance, with reduced overshoot and stabilization time, underscoring its superiority. This showcases the effectiveness of the virtual sensor in concentration estimation and the advantage of the AQDMC controller, particularly in the presence of process disturbances. The study contributes to the application of Artificial Neural Networks (ANNs) in chemical process optimization, emphasizing the importance of virtual sensors and effective control in achieving efficiency and precision in the industry. |
| Palavras-chave: | MPC, redes neurais soft sensors |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia Química |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31709 |
| Data do documento: | 27-Out-2023 |
| Aparece nas coleções: | TCC - Engenharia Química |
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