Apresentação de Artigo sobre um Projeto e Estudo de Caso da Implementação de um Sistema de Controle Nebuloso

Projeto e estudo de caso da implementação de um sistema de

controle nebuloso

Autores: Leandro dos Santos Coelho;

Otacílio da M. Almeida; Antonio Augusto R. Coelho.

Artigo publicado originalmente em Sba Controle & Automação vol.14 no.1 Campinas Mar. 2003.

Apresentadora do artigo para a disciplina de Sistemas Evolutivos do Curso de Mestrado em Engenharia

Eletrônica - UERJ: Juliana Cindra.

Outubro 2014

Sumário● Objetivo do trabalho do artigo;

● Introducao do artigo;

● Fundamentos de controle nebuloso (CN);

● Fluxo de dados dos CNs;

● Exemplo do projeto de um CN;

● Descricao do processo multivariavel;

● Projeto do controlador para o controle de um processo multivariavel;

● Conclusao.

Objetivo do Trabalho do Artigo

● Abordagem sobre controladores controladores convencionais e avançados;

● Estudo de caso experimental de controlador nebuloso multivariável;

● Aplicação do controlador nebuloso a um processo não-linear:

– MISO (Multi-Input and Single-Output), ou balanço horizontal;

● Visão geral de propostas da academia;

● Conjunto de aplicações industriais dos controladores nebulosos.

Introdução do Artigo

● Controladores nebulosos

– Trabalham com entradas contendo informações imprecisas;

– Tratam processos complexos, com características de comportamento não-linear, etc;

– Possibilitam implementação de conhecimento e experiência de especialistas

• Utilização de regras linguísticas.

Fundamentos de Controle Nebuloso (CN)

● Essência do CN é explorar o conhecimento do operador humano;

● Projetos de CNs caracterizam-se:– Tratamento do conhecimento a priori sobre o processo;– Ou, síntese através de algoritmo de otimização;

● Diversos métodos para o projeto de um CN;● Fases de projeto dos Cns:– Nebulização (fuzzyfication);– Análise e execução de regras;– Desnebulização (defuzzyfication);

Fluxo de dados dos CNs Base de conhecimento

abrange: Base de dados; Base de Regras;

Base de dados: Universo de discurso de

cada variável de estado; Funções de pertinência e

parâmetros; Base de Regras:

Projetada pela seleção das variáveis (entrada e saída) e regras de controle.

Fase de nebulização: Conversão de variáveis numéricas em

linguísticas; Fases de execução:

Responsáveis pela avaliação das regras de controle;

Saída de regra é obtida através de procedimentos de cálculo (baseado nos valores dos antecedentes);

Fase de desnebulização: Reverso da fase de nebulização; Transforma valores da saída do CN em valores crisp.

Exemplo do Projeto de um CN

● Processo balanço horizontal (PBH)

Descrição do Processo Multivariável

● Processo Balanço Horizontal (PBH)

– Haste metálica;

– Extremidades com 2 motores DC de 12 volts (controle u1 e u2);

– Hélices plásticas acopladas;

– Potenciômetro de precisão preso ao ponto central da haste;

– Base de apoio formada por plataforma metálica;

– Circuitos de medição e atuação do processo (preso em estojo de plastico sob a base de apoio);

• Interface entre controlador (a ser utilizado), usuário, e protótipo.

Projeto do Controlador para o controle de um processo multivariável

● Projeto CN-(PD+I) incremental estendido para o caso MISO;● O CN-(PD+I) é regido pela lei de controle:

– Onde uPID(k) é o vetor (mx1);– uI(k) ação integral do erro;– KuPD e KuI são as matrizes dos ganhos dos algoritmos de controle

incremental proporcional mais derivativo e integral, respectivamente;● Diagrama do CN-(PD+I):


● A metodologia do projeto é descrita por quatro aspectos relevantes:– Escolha das entradas e saídas;– Definição das superfíces de controle;– Ajuste da base de regras;– Escolha do médoto de nebulização e

desnebulização.


● Escolha das entradas e saídas:– As características funcionais e

operacionais são determinadas e avaliadas

– Características funcionais: A seleção das variáveis dependem do controle a ser realizado;

– Características operacionais: O domínio dos valores depende:• Intervalo dos valores

normalizados das entradas do controlador;

• Ações de controle a ser aplicado ao processo;


● Definição das superfíces de controle:– Número de conjuntos nebulosos escolhidos heurísticamente;– Selecionados somente 3 conjuntos nebulosos para as entradas e

saídas;– Variáveis linguísticas são atribuídas os valores:

• POsitivo (PO), NEgativo (NE), ZEro (ZE);– Variáveis erro e Derro:

• correspondem ao erro (diferença entre a referência e a saída do processo) e a variação do erro;

– Ajustes das funcões de pertinencia realizado por tentativa e erro;


● Ajuste da base de regras:– estrutura multivariável do CN-

(PD+I) incremental aplicado ao PBH apresentado na tabela;

– Base de regras aplicadas iguais para u1 e u2;

– Forma das regras de produção utilizadas:• <condição> então

<conclusão>;• Exemplo: se <erro é PO e

Derro é ZE > então < u1 é PO e u2 é NE>;


● Escolha do método de nebulização e desnebulização:– Método de desnebulização: centro da área

(centróide);– Nebulização: consulta a uma tabela

previamente armazenada em memória;– Resultados experimentais obtidos em período

de amostragem de 200 mseg;– Base de regras do controlador I, no CN-(PD+I),

constituído de 3 regras;– Em ensaio o PBH foi submetido a variações de

referência (comportamento servo)– Referência estipulada inicialmente em 4 volts:

• Posteriormente modificada para 1, 3 e 2 volts

● A figura ilustra os experimentos de variação de referência do PBH viaCN-(PD+I);

Conclusão

● Controlador apresentou comportamento servo adequado no seguimento das referências;

● Diversos fatores influenciaram do desempenho do CN apresentado– Seleção da base de regras;– Ajustes das funções de pertinência;– Determinação dos fatores de escala;– Divisão do universo de discurso e conhecimento a priori das

características dos processos pelo projetista;● Projeto do CN-(PD+I) incremental apresentou comportamento

adequado na tarefa de controle do PBH.

Perguntas?

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-17592003000100003&script=sci_arttext&tlng=es

Artigo

Autores

Leandro dos Santos Coelho (I); Otacílio da M. Almeida (II); Antonio Augusto R. Coelho (III)

(I) Laboratório de Automação e Sistemas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas, Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Rua Imaculada Conceição, 1155 Prado Velho, 80215-901, Curitiba, PR, Brasil(II) Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, Brasil(III) Departamento de Automação e Sistemas, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal 476, 88040-900, Florianópolis, SC, Brasil

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