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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16484
Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.contributor.advisor1 | Carvalho, Frede de Oliveira | - |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8611799985963528 | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Silva, Altair Marques da | - |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3738209288132589 | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Tavares Neto, Júlio Inácio Holanda | - |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/4287246487119988 | pt_BR |
dc.creator | Silva, Matheus Henrique Monteiro | - |
dc.creator.Lattes | https://lattes.cnpq.br/0516073495897376 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2025-07-07T19:54:54Z | - |
dc.date.available | 2024-07-07 | - |
dc.date.available | 2025-07-07T19:54:54Z | - |
dc.date.issued | 2024-11-19 | - |
dc.identifier.citation | SILVA, Matheus Henrique Monteiro. Desenvolvimento de estratégias para a utilização das técnicas da engenharia 4.0 e tratamento de sinais na construção de controle preditivo de processos em linguagem Python. 2025. 79 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16484 | - |
dc.description.abstract | Currently, with the expansion of technology, industrial processes have access to increasingly efficient equipment, allowing for the simultaneous monitoring of multiple aspects. This marked the beginning of a new revolution, Industry 4.0, based on the interconnectivity of data within industrial plants. Consequently, the control field has also adapted, creating what is known as advanced control. Model Predictive Control (MPC) is one of the new techniques developed, based on the use of a dynamic system model to predict its future behavior. In this context, this strategy enables the use of technologies from the new industrial era, particularly regarding artificial intelligence models and machine learning, as internal models for system prediction. Currently, in terms of machine learning applications, deep learning is a subclass based on artificial neural networks and is being widely explored and reported in the literature. Among its models, it is worth highlighting the long short-term memory (LSTM) networks and gated recurrent unit (GRU) networks, as well as the potential for using these techniques coupled with advanced data pre-processing strategies like variational mode decomposition (VMD), referred to as hybrid models. Thus, the methodology of this work aims to develop, implement, and compare, in Python, strategies of classical and advanced control (MPC) for the catalytic reaction of ethylene in a CSTR reactor. Regarding classical control, the proportional-integral-derivative (PID) controller achieved the best performance for servo-type disturbances, i.e., changes in the setpoint of the controlled variable. Additionally, when evaluating its application in a noisy system, it was observed that it did not perform adequately. In terms of advanced control, the controllers used in this work were divided based on the internal model employed. The first group used only deep learning models, LSTM and GRU, and achieved satisfactory performance. When evaluated under noisy conditions, both controllers lost performance but presented better or comparable results relative to the PID application. The second group used hybrid models, combining VMD for noise handling with predictions using LSTM or GRU. However, this group did not achieve the expected performance in any scenario, especially when exposed to noise. At the end of the study, the MPC-LSTM and MPC-GRU controllers achieved the best metrics for noise-free data, while the MPC-LSTM and MPC-VMD-LSTM controllers performed best under noisy conditions. However, the results indicate the need for further refinement of parameter tuning techniques, particularly for hybrid model MPC controllers. In conclusion, the use of MPC compared to PID is promising for more complex applications or those requiring greater controller flexibility. In contrast, for simpler applications, the PID has the advantage of being well-established and widely adapted in the industry, in addition to having significantly shorter execution times than MPC. | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Alagoas | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.department | Curso de Engenharia Química- Bacharelado | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFAL | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | MPC (Controle preditivo) | pt_BR |
dc.subject | Aprendizado profundo | pt_BR |
dc.subject | Método de decomposição | pt_BR |
dc.subject | Modelos híbridos | pt_BR |
dc.subject | MPC | pt_BR |
dc.subject | Deep learning | pt_BR |
dc.subject | VMD | pt_BR |
dc.subject | Hybrid models | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | pt_BR |
dc.title | Desenvolvimento de estratégias para a utilização das técnicas da engenharia 4.0 e tratamento de sinais na construção de controle preditivo de processos em linguagem Python | pt_BR |
dc.type | Trabalho de Conclusão de Curso | pt_BR |
dc.description.resumo | Atualmente com a expansão da tecnologia, os processos industriais têm acesso a equipamentos cada vez mais eficientes, que permitem monitorar diversos aspectos ao mesmo tempo. Isto marcou o início de uma nova revolução, a Indústria 4.0, baseada na interconectividade dos dados da planta industrial. Desse modo, a área de controle também se adaptou, e criou o chamado controle avançado. O controle preditivo baseado em modelo, MPC é uma das novas técnicas criadas e baseia-se no uso de um modelo dinâmico do sistema para prever o seu comportamento futuro. Neste contexto, essa estratégia permite utilizar tecnologias da nova era industrial, principalmente no que se refere a modelos de inteligência artificial, máquinas de aprendizado, como modelos internos de previsão do sistema. Na atualidade, em termos de aplicação de máquinas de aprendizado, o aprendizado profundo é uma subclasse baseada em redes neurais artificiais que está sendo amplamente explorada e reportada na literatura. Dentre seus modelos, vale destacar as redes long-short term memory (LSTM) e a gated recurrent unit (GRU), assim como a perspectiva da utilização dessas técnicas acopladas com estratégias avançadas de pré-tratamento de dados como a variational mode decomposition (VMD), denominados de modelos híbridos. Portanto, a metodologia deste trabalho visa desenvolver, implementar e comparar, em Python, estratégias do controle clássico e avançado (MPC) para reação catalítica do etileno em um reator CSTR. Em relação ao controle clássico, o controlador proporcional-integral derivativo (PID) obteve o melhor desempenho em relação a perturbações do tipo servo, ou seja, mudanças no valor ideal da variável controlada (setpoint). Além disso, ao avaliar sua aplicação em um sistema ruidoso, percebeu-se que não obteve um desempenho adequado. Em relação ao controle avançado, os controladores foram categorizados conforme o modelo interno empregado. O primeiro grupo utilizou apenas modelos de aprendizado profundo, LSTM e GRU, e obteve um desempenho satisfatório. Na avaliação perante a presença de ruído, ambos os controladores perderam desempenho, mas apresentaram valores melhores, ou comparáveis, em relação ao caso aplicado com PID. O segundo grupo utilizou modelos híbridos, combinando a VMD, na função de tratamento dos ruídos, e a previsão com a LSTM ou GRU. Porém, este grupo não obteve o desempenho esperado em nenhum dos casos, principalmente no que se refere a exposição ao ruído. Ao fim do trabalho, os controladores MPC-LSTM e MPC-GRU obtiveram as melhores métricas em relação aos dados sem ruído, e os controladores MPC-LSTM e MPC-VMD-LSTM para os ruidosos. Porém, os resultados encontrados indicam a necessidade de aprofundar em técnicas de sintonia dos parâmetros, principalmente nos controladores MPC com modelo híbrido. Por fim, conclui-se que a utilização do MPC em relação ao PID é promissora nos casos de aplicações mais complexas, ou que exijam maior flexibilidade do controlador. Enquanto que em aplicações mais simples, o PID tem vantagem de ser bem renomado e adaptado a industria, além de ter um tempo de execução significativamente menor que o MPC. | pt_BR |
Aparece nas coleções: | Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA QUÍMICA - CTEC |
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