Banca de DEFESA: BRUNO AGUIAR SANTANA

Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : BRUNO AGUIAR SANTANA
DATA : 20/08/2024
HORA: 16:00
LOCAL: https://conferenciaweb.rnp.br/ufba/pse-ufba
TÍTULO:

Estratégias MPC implementáveis para campos petrolíferos com instalações de bombeio centrífugo submerso

PALAVRAS-CHAVES:

Controle Preditivo. Sistemas Embarcados. Bombeio Centrífugo Submerso

PÁGINAS: 123
RESUMO:

O projeto e a implementação de estratégias de controle preditivo (MPC) em sistemas de elevação artificial baseados em bombeio centrífugo submerso (BCS) ainda permanece uma questão em aberto na literatura, principalmente no que concerne a soluções que estabilizem o processo em uma ampla faixa operacional e que acomodem simultaneamente restrições típicas do BCS, critérios de desempenho e metas econômicas. Apesar de nos últimos anos este tema ter sido intensamente explorado na literatura, a maioria das soluções de MPC propostas centraram-se em abordagens lineares, cujo desempenho de controle é degradado quando o ponto de operação se afasta da condição nominal. Para lidar com esta questão, alguns pesquisadores recorreram a estratégias MPC baseadas em modelos não lineares, ou ainda, estratégias MPC adaptativas baseadas em modelos lineares. Contudo, a grande maioria destas soluções está longe de uma etapa aceitável de implementação prática, pois foram avaliadas apenas em simulações computacionais que não consideram um aspecto prático fundamental: a viabilidade de processamento em sistemas embarcados. Outro aspecto limitante destas soluções MPC é a falta da garantia de estabilidade em malha-fechada, o que não atende a requisitos obrigatórios da indústria, tais como segurança e confiabilidade. Sob esta perspectiva, o objetivo principal desta tese é desenvolver um conjunto de esquemas de controle baseado em MPC para a operação ótima de poços de petróleo equipados com BCS. Nestes esquemas MPC, busca-se: (i) estabilizar o processo em uma ampla faixa operacional; (ii) atender restrições operacionais típicas do BCS; (iii) implementar um esquema de controle por faixa que suavize os problemas de otimização; (iv) atender metas econômicas visando a eficiência energética do BCS. Além disso, visando a implementação dos esquemas MPC, apresenta-se uma metodologia para a geração automática de código C/C++ dos controladores, que pode então ser executado diretamente em sistemas embarcados, o que facilita o fluxo de trabalho desde o projeto dos controladores até a fase final de execução em tempo real. Particularmente, quatro diferentes estratégias de MPC foram desenvolvidas nesta tese, buscando fornecer soluções alternativas de acordo com os recursos de engenharia e computacionais disponíveis para a aplicação. A primeira estratégia proposta é uma formulação adaptativa baseada na linearização sucessiva do modelo fenomenológico do BCS, em que a lei de controle MPC de horizonte infinito acomoda com garantia de factibilidade as restrições típicas do envelope operacional (up- e downthrust) através de um esquema de controle por faixa, além de estabilizar o sistema em uma ampla faixa operacional. A segunda estratégia consiste de uma lei de controle MPC não linear acoplada a um filtro de Kalman estendido. O esquema proposto é capaz de ampliar a faixa de operação do processo e acomodar de forma viável e explícita as restrições de downthrust e upthrust através do esquema de controle por faixa implementado, além de permitir a estimativa de variáveis de difícil medição em poços de petróleo equipados com BCS, p. ex. a vazão média na coluna de produção. A terceira estratégia proposta focaliza na extensão do controlador MPC de horizonte infinito para o caso robusto, considerando explicitamente uma descrição de incertezas formadas por diferentes modelos lineares para um conjunto de condições operacionais, levando em consideração as restrições de envelope operacional em uma abordagem de controle por faixa que pode ser implementada na prática. Variáveis de folga relacionadas às restrições do problema de controle garantem as propriedades de estabilização robusta e factibilidade da lei controle, que são propriedades fundamentais em aplicações industriais. A quarta estratégia proposta trata-se de uma extensão do controlador MPC não linear anteriormente citado, onde o projeto da lei de controle agora considera um horizonte de predição infinito para incorporar a garantia de estabilidade nominal. Visando o caso prático, um conjunto de variáveis de folga suavizam as restrições terminais de igualdade da abordagem estabilizante, garantindo a existência de soluções viáveis mesmo com o uso de horizontes de controle e predição reduzidos. Além de reduzir a carga computacional, isto garante a factibilidade deste novo esquema de controle em cenários realistas de perturbações externas e ruídos de medição. Os resultados de simulação computacional são explorados inicialmente para mostrar as potenciais utilidades dos esquemas MPC propostos, avaliando cenários típicos de um poço de produção de petróleo. Em seguida, testes hardware-in-the-loop são executados em um sistema embarcado de baixo custo, mostrando a viabilidade de processamento em tempo real dos controladores MPC implementados.  Nesses estudos de caso, as técnicas não lineares e robustas mostraram-se muito promissoras para a operação ótima do sistema BCS, o que abre caminho para futuros desenvolvimentos em campos de produção de petróleo.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - 2042153 - MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
Externo à Instituição - FABIO CESAR DIEHL
Externo à Instituição - DANIEL MARTINS LIMA
Externa à Instituição - Luz Adriana Alvarez Toro
Externo à Instituição - OSCAR ALBERTO ZANABRIA SOTOMAYOR