Controle adaptativo tipo gain scheduling aplicado ao controle de nível de vaso separador de petróleo e gás natural

Concepts of modeling and simulation applied to level control of oil and gas separators in production facilities forms a very important tool because makes possible to perform tests that probably could not be viable due to operation and safety constraints. Asides the level dynamics can be well understood regarding the physical model, there will always be non-linearities to approach using a system identification procedure, requiring reasonable care on linear model identification. In order to assure a desired control performance, the adaptive control strategy has been proposed for level control for an oil and gas separator using the Gain Scheduling Controller (GSC) technique. Based on a first order process without time delay, the static gain and time period were determined for each point inside the operational space range of the equipment and by Internal Model Control (IMC), the tuning matrix found for a Proportional Integral (PI) controller implemented in a real commercial PID controller using polynomial interpolation methodology. The horizontal separator was simulated using MATLAB/SIMULINK® and data from a real separator vessel were used to identify and validate the proposed process modeling in attempt to test an adaptive control strategy for practical applications. Once the GSC was implemented, simulations were performed over the non-linear system and results have shown better performance indexes for GSC while compared to the standard PI controller for both servo and regulatory problems with reductions up to 17,30% for IAE, 41,67% for ISE, 16,38% for ITAE, 41,32% for ITSE and 33,68% for Control Effort (CE).Os conceitos de modelagem e simulação aplicados ao controle de nível em processamento primário de petróleo e gás constituem uma ferramenta de grande importância por permitirem a realização de testes que provavelmente não poderiam ser viáveis devido a restrições operacionais e de segurança. Embora a dinâmica do nível seja bem conhecida do ponto de vista físico, sempre haverá não-linearidades inerentes que deverão ser verificadas mediante a realização de procedimento de identificação de modelo, necessitando razoável precaução na aplicação de ferramentas de modelo linear. De modo a garantir o desempenho desejado, uma estratégia de controle adaptativo foi proposta para realizar o controle de nível de um separador de petróleo e gás natural usando a técnica Gain Scheduling Control (GSC). Tomando por base o modelo de um processo de primeira ordem (First Order Process – FOP) sem tempo morto, os ganhos estáticos e constantes de tempo foram determinados para cada ponto pertencente a faixa (range) operacional do equipamento e, pelo método de sintonia IMC, encontrada a matriz de sintonia para um controlador do tipo PI, implementado em um controlador PI comercial usando-se a metodologia de interpolação polinomial. O separador horizontal bifásico foi simulado utilizando-se o pacote computacional MATLAB/SIMULINK® e dados de processo de um vaso separador em planta real foi usado para identificar e validar a modelagem proposta em um esforço de testar a estratégia de controle adaptativo para aplicações práticas. Por simulação do modelo não linear, foi possível confirmar, através de índices de qualidade, melhor desempenho do controlador GSC comparado a um controlador PI convencional tanto para o problema servo quanto para o problema regulatório com redução de até 17,30% no índice IAE, 41,67% no índice ISE, 16,38% no índice ITAE, 41,32% no índice ITSE e 33,68% no esforço de controle (CE).São Cristóvã