CONTROLE PREDITIVO BASEADO EM MODELO MULTIVARIÁVEL APLICADO A UMA INCUBADORA NEONATAL

Resumo

As incubadoras presentes no mercado de hoje fazem uso dos métodos de controle clássico, utilizando os controladores PID para isso. Entretanto, os controladores preditivos baseados em modelos estão apresentando um desempenho maior em diversas áreas e aumentando cada vez mais sua aplicação. Dessa forma, pensou-se em utilizar este tipo de controlador e analisar os resultados obtidos. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica a fim de realizar a modelagem matemática detalhada da incubadora, com o intuito de comparar os resultados dos ensaios com os resultados do modelo. A incubadora é esquentada por uma resistência associada a um cooler para homogeneizar a temperatura e a umidade de dentro do recipiente. Para calcular a quantidade de calor fornecida pela resistência ao sistema, é necessário encontrar o valor da temperatura na superfície do resistor e a velocidade de escoamento do ar devido ao cooler. O sistema de troca de calor se configura como uma convecção forçada. Para achar a temperatura na superfície do resistor foi necessário o estudo das equações diferenciais parciais (EDP’s), pois a lei que rege a distribuição de calor no material que compõe a resistência é dada pela equação do calor, a qual seria uma EDP dependente de 4 variáveis: as 3 variáveis espaciais e o tempo. Entretanto, devido a simetria do problema, foi possível reduzir esse número para 2 variáveis espaciais e o tempo, utilizando coordenadas polares. Devido as condições de fronteiras do problema serem complexas, sua resolução analítica precisaria da Teoria de Sturm-Liouville; dessa forma, optou-se por utilizar o Método das Diferenças Finitas para a resolução numérica do modelo, o qual fornecia uma solução satisfatória. A partir dessa solução concluiu-se que o sistema dinâmico presente na resistência da incubadora pode ser aproximado por um sistema de primeira ordem com atraso. Como continuação dessa pesquisa pode-se efetivamente projetar o controlador preditivo baseado no modelo encontrado.