Fractional control of an industrial furnace = Controle fracionário de um forno industrial

• Main Authors: Giovani Marcelo Teixeira, Marcelo Kaminski Lenzi, Luis Antonio Duarte Isfer, Ervin Kaminski Lenzi
• Format: Article
• Language: English
• Published: Universidade Estadual de Maringá 2010-07-01
• Series: Acta Scientiarum: Technology
• Subjects: process control; fractional differential equation; fractional control; furnace; controle de processos; equação diferencial fracionária; controle fracionário; forno
• Online Access: http://periodicos.uem.br/ojs/index.php/ActaSciTechnol/article/view/6552/6552

The requirements of high production allied with product quality, process safety and environmental regulation, lead control systems to play a key role in the operation of chemical and biochemical plants. In petrochemical plants, furnaces are essential equipments for process operation and due to energy costs, adequate operation and control are of extreme importance for process economics. The search for new and more efficient control laws led to the development of fractional PID control algorithm, which is based on the use of fractional differential equations. In this work, a previously identified mathematical model of an actual industrial furnace is used for fractional PID control studies. Feedback loop in servo control was analyzed, focusing on the study of the influence of the controller parameters over control loop performance. Particularly, P, fractional PI and fractional PD controller were considered in this study. Simulations were carried out showing that the fractional controllers were able to perform set-point transitions. The control loop performance was evaluated by ITAE and ISE criteria, showing that, in this study, fractional PI is the best algorithm.<br><br>A necessidade da elevada produtividade aliada à qualidade dos produtos, segurança dos processos e a legislações ambientais levaram sistemas de controle a possuírem papel fundamental na operação deplantas químicas e petroquímicas. Em plantas petroquímicas, fornos são equipamentos fundamentais para a operação do processo e, pelo custo da energia, a operação e o controle adequados são de essencial importância para a economia do processo. A procura de novas e mais eficientes leis de controle levou ao desenvolvimento do algoritmo de controle PID fracionário, o qual é baseado no uso de equações diferenciais de ordem fracionária. Neste trabalho, um modelo matemático previamente identificado para um forno real é utilizadopara estudos de controle fracionário. Foi analisado o problema de controle servo em malha retroalimentada (feedback), focando o estudo da influência dos parâmetros do controlador sobre o comportamento da malha de controle. Especificamente, controladores tipo P, PI fracionário e PD fracionário foram considerados neste estudo. Simulações foram realizadas mostrando que controladores foram capazes de fazer a transição de setpoint. O desempenho das malhas de controle foi avaliado com os critérios ITAE e ISE, mostrando que, neste estudo, o controlador PI fracionário foi o melhor algoritmo.