Aplicação de controladores PID inteiro e fracionário com auto sintonia através de lógica Fuzzy

Abstract

RESUMO: O cálculo fracionário vem sendo cada vez mais aplicado em sistemas de controle, no entanto devido ao alto grau de complexidade envolvido e a recente evolução do processamento computacional, ainda são poucos os experimentos práticos realizados. Recentemente, com o desenvolvimento do controle fracionário, pesquisas passaram a se aprofundar no controlador do tipo PID (Proporcional-Integral-Derivativo) de ordem fracionária ou simplesmente PIλDμ. Nele, além dos tradicionais parâmetros, os ganhos de natureza proporcional, integral e derivativa, conhecidos como - Kp Ki e Kd, respectivamente, surgem dois novos parâmetros, as ordens de natureza fracionária integral e derivativa λ e μ, respectivamente. Diante destes cinco parâmetros a sintonia do controlador, embora se torne mais flexível, apresenta-se mais trabalhosa e demorada, sendo que para aplicações industriais apresenta-se como aspecto crítico. A proposta deste estudo consiste na avaliação do potencial do controle fracionário com sintonia automática, realizada através de lógica fuzzy, para aplicações industriais, usando-se para isso, como planta de experimentação, processos de nível e pressão. Os controladores aplicados foram implementados no ambiente do software LabVIEW™, conectados ao processo, via placa de aquisição NIDAQ™ da National Instrument™. Para efeito de comparação e avaliação os resultados das simulações e ensaios práticos obtidos com o controlador auto sintonizado de ambas ordens são confrontados aos mesmos controladores, porém com sintonia não automática, sintonizados com o método de busca de parâmetros de sintonia por Algoritmo Genético.

ABSTRACT: Fractional calculus has been increasingly applied to control systems, but due to the high degree of complexity involved and the recent evolution of computational processing, there are still few practical experiments performed. Recently, with the development of the fractional control, researchs come more and more deepening in the controller of the PID type (Proportional-Integral-Derivative) of fractional order, or simply PIλDμ. In addition to the traditional proportional, integral and derivative gains - Kp, Ki and Kd, respectively, two new parameters, known as fractional integral and derivative orders λ and μ, respectively arise. Although more flexible the tuning of these five parameters is more complex and time consuming, which for industrial applications becomes a critical aspect. The purpose of this study is to evaluate the potential of fractional control with automatic tuning performed through fuzzy logic, for industrial applications. As a test plant, level and pressure processes have been selected. The controllers studied here were implemented in the LabVIEW™ software, connected to the process, through acquisition board NIDAQ™ of the National Instrument™. For the purposes of comparison and evaluation, the simulations and pratical tests results obtained with the auto tuned controller of both orders are compared to the same controllers, but with non-automatic tuning, tuned to the search method of tuning parameters by Genetic Algorithm.