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Controle preditivo baseado em modelo fuzzy embarcável para poços de petróleo equipados com bombeio centrífugo submerso

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dc.creator Matos, Victor Santos
dc.date.accessioned 2024-04-19T11:56:13Z
dc.date.available 2023-05-16
dc.date.available 2024-04-19T11:56:13Z
dc.date.issued 2023-05-16
dc.identifier.uri https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39289
dc.description.abstract Advanced control techniques have not yet been a consolidated reality in the oil and natural gas artificial lift sector, particularly in electric submersible pumping (ESP) systems. Model-based predictive controllers (MPC) require representative system models, which can be a costly task using a phenomenological approach due to the fluid-dynamic and thermodynamic complexity of an oil and gas well. Therefore, data-driven approaches are viable alternatives to achieve a balance between accuracy and time in obtaining the dynamic model of these production processes. Takagi-Sugeno-Kang (TSK) fuzzy inference systems have this characteristic, as they can approximate nonlinear dynamics through a set of linear submodels. By combining this approach with MPC, it is possible to use a simplified linear control structure that is computationally efficient, while still providing the necessary accuracy and representativeness for the process. This forms a favorable condition for use in artificial lift systems, which often have isolated installations and depend on dedicated control systems. The proposal of this work is the synthesis of a predictive controller with guaranteed feasibility, encapsulating a TSK fuzzy prediction model for ESP-type lifting systems with low computational cost. The focus is on the direct application of the technique through embedding it in microcontrollers, simulating the industrial control infrastructure. The implemented case studies on a BCS system using the hardware-in-the-loop (HIL) approach demonstrated a reduction of over 15% in control costs, an improvement of more than 10% in operational envelope constraint, and a computational time for the embedded optimization problem approximately 20 times shorter than the system’s sampling period. The representativeness of the TSK model and the control capability and feasibility of the technique were verified in the face of typical constraints and a reduced number of measured variables. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis do Brasil (ANP) pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal da Bahia pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Controle Preditivo pt_BR
dc.subject Fuzzy pt_BR
dc.subject Controle Embarcado pt_BR
dc.subject Elevação Artificial pt_BR
dc.subject BCS pt_BR
dc.subject Óleo e Gás pt_BR
dc.subject.other Predictive Control pt_BR
dc.subject.other Fuzzy pt_BR
dc.subject.other Embedded Control pt_BR
dc.subject.other Artificial Lift pt_BR
dc.subject.other ESP pt_BR
dc.subject.other Oil and Gas pt_BR
dc.title Controle preditivo baseado em modelo fuzzy embarcável para poços de petróleo equipados com bombeio centrífugo submerso pt_BR
dc.title.alternative Predictive control based on embedded fuzzy model for oil wells equipped with submerged centrifugal pumping pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica da UFBA (PPGM)  pt_BR
dc.publisher.initials UFBA pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA pt_BR
dc.contributor.advisor1 Martins, Márcio André Fernandes
dc.contributor.advisor1ID 0000-0003-2390-1525 pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/0572461479663493 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 Chagas, Thiago Pereira das
dc.contributor.advisor-co1ID 0000-0002-5866-0656 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/8972879249813528 pt_BR
dc.contributor.referee1 Martins, Márcio André Fernandes
dc.contributor.referee1ID 0000-0003-2390-1525 pt_BR
dc.contributor.referee1Lattes http://lattes.cnpq.br/0572461479663493 pt_BR
dc.contributor.referee2 Chagas, Thiago Pereira das
dc.contributor.referee2ID 0000-0002-5866-0656 pt_BR
dc.contributor.referee2Lattes http://lattes.cnpq.br/8972879249813528 pt_BR
dc.contributor.referee3 Lima, Daniel Martins
dc.contributor.referee3ID 0000-0003-3929-8361 pt_BR
dc.contributor.referee3Lattes http://lattes.cnpq.br/6432435778545120 pt_BR
dc.contributor.referee4 Silva, Flávio Vasconcelos da
dc.contributor.referee4Lattes http://lattes.cnpq.br/1108208002886617 pt_BR
dc.creator.ID 0000-0003-0764-6798 pt_BR
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/4813015095509110 pt_BR
dc.description.resumo Técnicas de controle avançado ainda não são uma realidade consolidada no setor de elevação artificial de petróleo e gás natural, principalmente em sistemas de bombeio centrífugo submerso (BCS). Os controladores preditivos baseados em modelo (MPC) requerem modelos representativos do sistema, sendo uma tarefa dispendiosa na abordagem fenomenológica, em virtude da complexidade fluidodinâmica e termodinâmica em um poço de petróleo e gás. Por isso, as abordagens orientadas a dados são alternativas viáveis para encontrar um equilíbrio entre precisão e tempo para obtenção do modelo dinâmico desses processos produtivos. Os sistemas de inferência fuzzy Takagi-Sugeno-Kang (TSK) têm essa característica, sendo capazes de aproximar as dinâmicas não lineares mediante um conjunto de submodelos lineares. Agregando essa abordagem ao MPC, é possível utilizar uma estrutura de controle linear e, portanto, numérico-computacionalmente simplificada, porém, com a precisão e representatividade adequadas ao processo. Formando-se uma condição favorável para o uso nos sistemas de elevação artificial, que comumente apresentam instalações isoladas e dependentes de sistemas dedicados de controle. A proposta deste trabalho caracteriza-se como a síntese de um controlador preditivo com garantia de factibilidade encapsulando um modelo de predição fuzzy TSK para sistemas de elevação do tipo BCS com baixo custo computacional. O foco é a aplicação direta da técnica através do embarque em microcontroladores, simulando a infraestrutura de controle industrial. Os estudos de caso implementados sobre um sistema BCS através da abordagem hardware-in-the-loop (HIL) apresentaram uma redução de mais de 15% no custo de controle, um rendimento superior a 10% sobre a restrição de envelope operacional e um tempo de cômputo do problema de otimização embarcado cerca de 20 vezes menor que o período de amostragem do sistema. Atestou-se a representatividade do modelo TSK e a capacidade de controle e factibilidade da técnica, frente ao conjunto de restrições típicas e ao número reduzido de variáveis medidas. pt_BR
dc.publisher.department EDUFBA pt_BR
dc.relation.references MATOS, Victor Santos. Controle Preditivo Baseado em Modelo Fuzzy Embarcável para Poços de Petróleo Equipados com Bombeio Centrífugo Submerso. 2023. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Mecatrônica) - Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica, Escola Politécnica e Instituto de Computação, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2023. pt_BR
dc.type.degree Mestrado Acadêmico pt_BR


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