Projeto e simulação de um sistema de controle via LMIs da produção de vapor de uma caldeira aquatubular

Abstract

A caldeira de uma usina de açúcar e etanol é um dos equipamentos mais importantes neste tipo de indústria, pois é responsável pela geração de vapor para o processo indus- trial e geração de energia. De todas as malhas de controle presentes em uma caldeira, a que desperta maior atenção é a do controle da produção de vapor, pois este controle está envolvido com a alimentação de água e calor do sistema, com a produção de vapor, que é o objetivo da caldeira, e com a pressão do vapor, um parâmetro crítico para o funcionamento da caldeira e até para a turbina responsável pela geração de energia elé- trica em uma planta industrial. O sistema de controle utilizado atualmente é ineficiente, visto que os parâmetros do mesmo são ajustados na maioria das indústrias, utilizando o método da tentativa e erro. Além disso, esse ajuste é feito apenas para um ponto de operação da caldeira, sendo que dada uma mudança no ponto de operação devido a vários fatores que possam acontecer, o sistema deve ser ajustado novamente. Neste trabalho, é descrito o funcionamento de uma caldeira e o seu sistema de automação e controle atual- mente utilizado para a malha de controle da produção de vapor, e consequentemente seus problemas. O sistema de produção de vapor de uma caldeira aquatubular é modelado matematicamente, o modelo não linear obtido é então linearizado. São simulados os dois modelos (linear e não linear) para alguns distúrbios da planta; define-se o desempenho esperado do sistema de controle; é projetado um controlador para este sistema através do uso de Desigualdades Matriciais Lineares, em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs), método este que garante restrições nos sinais do sistema controlado. Finalmente...

A sugarmill drum-boiler is one of the most important equipament in this industry type, because it is responsible for the steam generation for the industrial process and generation of energy. Considering the control systems presented in a drum-boiler, the one that wakes up larger attention is the steam production control, because this control is involved with the water feeding and heat feeding of the system, the steam production, that is the objective of the drum-boiler, and with the pressure of the steam, a critical parameter for the drum-boiler operation and also for the turbine that is responsible for the electric power generation of the industrial plant. This control system used nowadays is inefficient, because it is adjusted, in most of the industries, using trial and error method. Besides, that adjustment is just made for a drum-boiler operation point, and given a change in the operation point due to several factors that can happen, the system should be adjusted again. In this work it is described the drum-boiler operation, its automation system and control nowadays used for the steam production control, and consequently its problems. The drum-boiler steam production system is mathematically modeled, by a nonlinear system and then, this model is linearized. Both models (linear and nonlinear) are simulated for some plant disturbances, the expected control system performance is defined, a controller is designed for this system through the use of Linear Matrix Inequalities (LMIs), which method guarantees constraints on the controlled system signals. Finally, the linear and nonlinear controlled models are simulated for some plant... (Complete abstract click electronic access below)