Sintonia de controlador PID por meio de algoritmos evolutivos para sistemas realimentados com e sem atraso

Abstract

RESUMO: Sistemas que realizam tarefas de forma automática fazem parte da sociedade moderna e estão presentes em indústrias e veículos de transporte, por exemplo. A automação dessas tarefas implica no uso de sistemas de controle. A finalidade de um sistema de controle é manter as condições de determinado processo dentro dos valores desejados. Para isso um método muito empregado é o uso de uma ação de controle com uma parcela proporcional, uma integral e outra derivativa, por meio dos denominados controladores PID. A eficácia e eficiência de um controlador PID depende de sua sintonia. Sintonizar esse tipo de controlador consiste basicamente em determinar os ganhos de cada ação de controle que ele utiliza. Para isso um dos métodos mais conhecidos é o de Ziegler-Nichols. O intuito deste trabalho é desenvolver formas alternativas a este método de sintonia por meio das técnicas Algoritmo Genético, algoritmo Diferencial Evolutivo e Otimização por Enxame de Partículas. Esse trabalho foi feito por meio de simulações em computador. Para isso foram empregados subsistemas de primeira e terceira ordem junto ao controlador além do controle em malha fechada. A sintonia via método de Ziegler-Nichols foi feita para ser usada como parâmetro de comparação. Os algoritmos por Evolução Diferencial e por Otimização por Enxame de Partículas foram os que retornaram os melhores resultados, como por exemplo, um sobressinal de 0,00586% e -0,00003 % respectivamente, para um sistema de primeira ordem sem atraso. Neste caso, o método de Ziegler-Nichols produziu-se um sobressinal de cerca de -0,019 %. O que evidencia, a possibilidade de uma sintonia mais adequada com os métodos evolutivos em detrimento do método de Ziegler-Nichols

ABSTRACT: Systems that perform tasks in an automatic form are part of modern society and are present in industries and transport vehicles, for example. The automation of these tasks implies the use of control systems. The purpose of a control system is to maintain the conditions of a given process within the desired values. For this, a very employed method is the use of a control action with a proportional portion, an integral and another derivative, through the so-called PID controllers. The effectiveness and efficiency of a PID controller depends on its tuning. Tuning this type of controller basically consists of determining the gains of each control action that it uses. For this one of the best known methods is that of Ziegler-Nichols. The aim of this work is to develop alternative ways to this method of tuning through the evolutionary techniques genetic algorithm, evolutionary differential algorithm and particle swarm optimization. This work was done through computer simulations. For this, first and third order subsystems were employed by the controller in addition to the closed-loop control. The tuning via Ziegler-Nichols method was made to be used as a benchmark. The algorithms for differential evolution and particle swarm optimization were the ones that returned the best results, for example, an overshot of 0.00586% and-0.00003% respectively, for a first order system without delay. In this case, the Ziegler-Nichols method produced an overshot of about-0.019%. What evidences, the possibility of a more appropriate tuning with the evolutionary methods to the detriment of the Ziegler-Nichols method.