Auto-sintonia conservativa para controle preditivo generalizado adaptativo

Abstract

Abstract-This paper presents a method for conservative self-tuning for adaptive Generalized Predictive Control (GPC), using recursive least squares for model estimation. The process estimation error is utilized to create a trust factor which adjusts GPC parameters in order to generate a more conservative control action when facing process uncertainties. In order to validate the proposed method, two study cases were used, the first a simulation of a non-linear control valve and the second a real application on a non-linear underdamped pendulum. The proposed GPC self-tuning method has its performance compared to the classic GPC, demonstrating superior results regarding the smoothness of the control action especially regarding the treatment of ringing.Keywords-generalized predictive control, non linear control, ringing, self-tuning.Resumo-Neste trabalhoé apresentado um método de auto-sintonia (self-tuning) com características conservativas para o GPC adaptativo, utilizando mínimos quadrados recursivo para estimação do modelo. O erro de estimação do processoé utilizado para criar um fator de confiança que ajusta os parâmetros do GPC para tornar a ação de controle mais conservativa frente a incertezas de processo. Para validação deste método foram utilizados dois estudos de caso, o primeiro uma simulação duma válvula de controle não-linear e o segundo uma aplicação real num pendulo não-linear sub-amortecido. O método de auto-sintonia propostoé comparado com o GPC clássico, demonstrando resultados superiores quanto a suavidade da ação de controle especialmente quanto ao tratamento de ringing.Palavras-chave-controle preditivo generalizado, controle não linear, ringing, auto-sintonia. IntroduçãoO controle preditivo generalizado (Clarke et al., 1987a;Clarke et al., 1987b)é fundamentado no uso de predições da resposta do sistema e das ações de controle, buscando minimizar uma funcão custo que consiste no somatório do erro quadrático entre a resposta estimada do sistema e a referência e também um somatório das ações de controle futuro. Este controladoré aplicá-vel a sistemas de fase não-mínima, instáveis em malha aberta, com tempo-morto ou ordem desconhecida (Pivoňka and Nepevný, 2005). Já foi demonstrado que o GPC adaptativo pode atingir melhores resultados que o GPC clássico quanto a robustez frente a perturbações e melhores características de rastreamento de referência (Zidane et al., 2011;Škrjanc, 2007).Neste trabalhoé apresentado um novo método para auto-sintonia do GPC adaptativo utilizando o erro do estimador como um fator de confiança para a sintonia dos parâmetros do GPC. Com o fator de confiança o GPC adaptativo pode assumir uma postura mais agressiva quando há certeza do modelo estimado e ações mais conservativas quando há incertezas na estimação. Desta maneira, o controlador pode trafegar entre zonas de operação sem perda de desempenho.Para validar o método proposto, este foi implementado para uma simulação de uma válvula de controle não-linear de modelo Wiener e para uma aplicação real de um pendulo amortecido...