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Os motores do sistema de bombeamento - Conjunto Motobomba (CMB) e Booster (BST) - são acionados através de conversores de frequência, os quais são comandados pelo programa supervisório desenvolvido. O sistema supervisório calcula a cada décimo de segundo o erro e a sua derivada (conforme explicado anteriormente), baseado nas leituras de pressão verificadas nos dois ramais de consumo: zona baixa (PT-3) e zona alta (PT-5), em relação aos valores de referência das pressões determinadas pelo usuário (set point) para cada zona.
Cada conjunto de impulsão possui um controlador fuzzy independente. Os controladores determinam, em tempo real, o incremento necessário para fazer os motores acelerarem ou desacelerarem. A magnitude deste incremento é calculada de acordo com a necessidade, alterando o bombeamento na rede de forma criteriosa. A modificação da intensidade de bombeamento visa manter o sistema operando em torno da pressão exigida, para cada ramal de consumo. Em suma, o objetivo do sistema de controle é minimizar os erros observados a todo instante, por meio da mudança sistemática da frequência de operação dos motores.
A Figura 3.28 mostra as entradas e a saída do controlador fuzzy, responsável pelas configurações do conjunto de impulsão principal do sistema (CMB). O outro diagrama da Figura 3.29 apresenta as variáveis fuzzy, entradas e a saída, para regulação do conjunto de impulsão auxiliar do sistema (BST).
Figura 3.29 - Entradas e saída do controlador fuzzy do BST
As configurações necessárias para o funcionamento do controlador fuzzy passam, necessariamente, pela definição das variáveis linguísticas antecedentes (variáveis de entrada) e da consequente (variável de saída). Após a criação das variáveis linguísticas, correspondentes a cada uma delas, são definidas as funções de pertinência, dentro do universo do discurso. A Figura 3.30 mostra, em detalhes, as variáveis linguísticas e as funções de pertinência definidas para a manipulação das três variáveis do controlador fuzzy.
Fundamentado nas combinações dos valores assumidos pelas variáveis de entrada, as regras representam as decisões que o controlador irá tomar. Para ilustrar o comportamento do controlador fuzzy, foi construída e plotada uma superfície tridimensional (ver Figura 3.31), com base nas variáveis e configurações realizadas. Para elaborar o gráfico da superfície de controle foi empregado o software MATLAB, utilizando-se a ferramenta FIS Editor da GUI (Graphical User Interface) tools. Em ambos os casos, a base de regras para o controle é idêntica (ver Figura 3.32).
A Tabela 3.4 sintetiza as descrições básicas e particularidades dos controladores fuzzy desenvolvidos e utilizados.
Figura 3.30 - Variáveis linguísticas e funções de pertinência do controlador fuzzy
Para testar o funcionamento dos módulos fuzzy foi elaborado um software
simulador em LabVIEWTM (ver Figura 3.33), que dado um valor para o Erro e para a
DErro (entradas), dentro dos seus universos de discurso, gera um Increm-Frequencia (saída). O código fonte do programa é apresentado na Figura 3.34. A Tabela 3.5 relaciona algumas entradas para testar valores para a saída.
Figura 3.33 – Tela do simulador fuzzy
Figura 3.34 – Código fonte em LabVIEW do simulador fuzzy
Um exemplo prático de como o fuzzy processa a informação pode ser observado na Figura 3.35 para os dados de entrada: Erro = -0,6 e DErro = 0,0. Na fuzzyficação as
entradas ativam as regras 4 (Neg Alta e Zero → Inc Pos Alto) e 11 (Neg Médio e Zero →
Inc Pos Médio), que após defuzzyficação são obtidas duas áreas correspondentes que uma vez associadas, resulta numa terceira figura cujo centro do máximo corresponde a 0,9.
Tabela 3.5 – Entradas para teste de valores de saída
ENTRADAS SAÍDA ENTRADAS SAÍDA
Erro DErro Incremento de Frequência Erro DErro Incremento de Frequência
1,0000 0,0500 -1,0000 0,0500 -0,0010 -0,1474 -1,0000 -0,0500 1,0000 -0,0500 0,0010 0,1474 1,0000 -0,0500 -0,5000 0,0100 0,0001 -0,0432 -1,0000 0,0500 0,5000 -0,0100 -0,0001 0,0432 0,8000 0,0300 -0,9615 0,0100 -0,0001 -0,0415 -0,8000 -0,0300 0,9615 -0,0100 0,0001 0,0415 0,8000 -0,0300 -0,4732 0,0010 0,0001 -0,0048 -0,8000 0,0300 0,4732 0,0010 0,0001 0,0480 0,1000 0,0050 -0,2591 0,0010 0,0001 -0,0127 -0,1000 -0,0050 0,2591 0,0010 0,0001 0,0127 0,1000 0,0050 -0,2826 0,0001 0,0001 -0,0018 -0,1000 0,0050 0,2826 0,0001 0,0001 0,0018 0,0500 0,0010 -0,1529 0,0001 0,0001 -0,0005 -0,0500 -0,0010 0,1529 0,0001 0,0001 0,0005
A Figura 3.35 apresenta, de forma genérica e resumida, um diagrama com a implementação da lógica da programação fuzzy, que foi desenvolvida na linguagem G,
utilizando o software LabVIEWTM 8.2, para controlar os motores dos conjuntos de
impulsão (CMB e BST) do SADA Experimental (Sistema Automatizado de Distribuição de Água).
-1 1 -0,05 0,05
Figura 3.35 - Diagrama resumido da implementação da lógica de programação O trecho de código da Figura 3.36, responsável pelo funcionamento do módulo fuzzy, faz parte do software supervisório de controle e aquisição de dados, desenvolvido para o SADA. Os arquivos com extensão *.fc (CMB.fc e BST.fc), cujos conteúdos são formados pelas variáveis de entrada e saída foram criados e configurados para possibilitar o funcionamento dos módulos fuzzy.
Para que os valores de entrada das variáveis Erro fiquem no intervalo [-1, 1] é realizada uma parametrização (normatização) na alimentação de cada variável (subVI entrada fuzzy), antes do módulo fuzzy no trecho do programa apresentado.
Além das informações básicas exigidas pelo componente fuzzy o desenvolvimento de uma lógica computacional complementar também se fez necessária. Na identificação do sistema, durante os testes de funcionamento, foi detectado que, devido à associação em série dos motores (CMB+BST), o BST sofre a influência direta do CMB durante a sua aceleração e desaceleração.
Para mitigar este efeito, e melhorar a estabilidade do sistema, foi desenvolvido um trecho de código que utiliza um cofator que reduz o incremento do BST, quando o CMB está atuando. Também foi previsto no código um ajuste para aplicar um ganho nas saídas (valores incrementais de frequência), que podem ser modificados pelo usuário, em tempo de execução do programa.
Finalmente, como no sistema supervisório existe a opção de operar a rede de
abastecimento com apenas o conjunto de impulsão principal (CMB) – ver tópico 5.5.3 o
trecho de código apresentado possui as configurações alternativas que permitem esta flexibilidade de funcionamento.