Quantificação e compensação de atrito em válvulas de controle - Radtke, Felipe Nunes (UFRJ, 2015)
[PT] As válvulas de controle pneumáticas são os elementos finais de controle mais utilizados nas indústrias, responsáveis por implementar a estratégia definida pelo controlador através do ajuste da sua área de abertura. Entretanto, a presença de atrito estático elevado nestes elementos é um dos fatores que mais contribui para o má desempenho dos sistemas de controle, impedindo que as especificações desejadas para o produto final sejam atingidas, resultando em prejuízos materiais e financeiros. Neste trabalho, o problema de quantificação e compensação de atrito em válvulas de controle será abordado a partir da realização de experimentos envolvendo uma válvula real e dois sistemas auto-regulatórios, simulados em uma arquitetura hardware in the loop por meio de modelos de primeira ordem com atraso e de terceira ordem. As principais contribuições oferecidas são: 1) a avaliação do desempenho de um método de quantificação baseado na identificação dos parâmetros de um modelo de atrito e de um modelo linear que representa a dinâmica do processo, e 2) a realização de um estudo comparativo entre duas metodologias de compensação de atrito baseadas na adição de pulsos de correção à saída do controlador; tais metodologias possuem como vantagem a utilização de estruturas de supervisão que minimizam ou desabilitam a ação dos compensadores quando determinadas condições operacionais são atingidas pela planta, evitando a movimentação desnecessária do elemento final de controle. A robustez de todos os métodos utilizados será verificada em simulações com três sintonias para os controladores de cada sistema a partir da medição da posição da haste da válvula.[EN] Pneumatic Control Valves are the industries’ most used final control elements, responsible for implementing the strategy defined by the controller through the adjustment of its opening area. However, the presence of high static friction in these elements is one of the factors that contributes the most to the poor performance of control systems, preventing the final product to achieve its desired specifications, resulting in material and financial losses. Thus, the adoption of techniques for friction detection, quantification and compensation is necessary in order to minimize the effects of this nonlinearity until the next shutdown. In this work, the problem of friction quantification and compensation in control valves will be approached from the conduction of experiments involving an actual valve and two self-regulatory systems, simulated in a hardware in the loop architecture by first order plus time delay and third order models. The main contributions are: 1) the performance evaluation of a quantification method based on parameter identification of a friction model and a linear model that represents the process dynamics, and 2) the conduction of a comparative study between two friction compensation methods based on the addition of correction pulses to the controller output; such methods have as advantage the use of supervision structures that minimize or disable the compensator action when certain operational conditions are met by the plant, avoiding the unnecessary movement of the final control element. The robustness of all the methods used will be verified with three controllers tunings to each system, from the measurement of the stem position.