Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/13603
Type: Dissertação
Title: Gray-box nonlinear system identification using polynomial NARMAX models
Other Titles: Identificação caixa-cinza de sistemas não lineares usando modelos NARMAX polinomiais
Author(s)/Inventor(s): Santos, Allyne Machado dos
Advisor: Secchi, Argimiro Resende
Co-advisor: Souza Júnior, Maurício Bezerra de
Abstract: O uso de um conjunto de modelos lineares para descrever um sistema não-linear tem muitas desvantagens. Para superar essas desvantagens, modelos não-lineares foram aprimorados. O modelo não-linear usado neste trabalho é o modelo de média móvel auto-regressiva não-linear com entradas exógenas, do inglês ”Nonlinear AutoRegressive Moving Average models with eXogenous inputs” (NARMAX) do tipo polinomial. Esse tipo de modelo é linear nos parâmetros e considera, no modelo, o ruído, inerente a uma medição em uma planta industrial. Em geral, existem dois tipos de identificação: a identificação caixa-preta, que é um método típico de entrada e saída, ou seja, requer apenas dados para identificar o processo; e a identificação da caixa-cinza, que requer algumas informações sobre o sistema, além de dados. No presente trabalho, um tipo caixa-cinza é comparado com o tipo caixapreta para fins de otimização e controle. A identificação é realizada usando o algoritmo de mínimos quadrados ortogonais e método de validação cruzada de k passos a frente. A otimização dinâmica em tempo real foi definida com base no modelo fenomenológico e em modelos estimados, e comparadas, para avaliar a melhoria na aplicação de modelos não lineares identificados. A identificação do tipo caixa-cinza se mostrou mais representativa em relação à não linearidade do sistema. A aplicação em otimização e controle gerou instabilidade do algoritmo. Isso pode ser devido ao fato de que o algoritmo de otimização usado na otimização dinâmica em tempo real tinha o mesmo valor para horizonte de controle e horizonte de predição. Apesar das oscilações de um estudo de caso, o algoritmo de identificação caixa-cinza mostrou sua capacidade de melhorar o modelo.
Abstract: The usage of a collection of linear models to describe a nonlinear system has many disadvantages. In order to overcome these disadvantages, nonlinear models have been improved. The nonlinear model used in this work is the Nonlinear AutoRegressive Moving Average models with eXogenous inputs (NARMAX) of polynomial type. This type of model is linear on the parameters and accounts, in the model, for the existent noise, that is inherent of a measurement on a industrial plant. Broadly, there are two types of identification: the black-box identification, which is a typical input-output method, i.e., only requires data in order to identify the process; and the gray-box identification, which requires some system information, besides data. In the present work, a gray-box identification is compared with the black-box one for optimization and control purposes. The identification is performed using the Orthogonal Least Square algorithm and validation is made using k-stepahead cross-validation method. Dynamic real-time optimization was set based on both first principle models and estimated models, and compared, in order to evaluate improvement on the application of identified nonlinear models. The gray-box identification was more representative in relation to the nonlinearity of the system. The application in optimization and control generated instability of the algorithm. It can be due to the fact that the optimization algorithm used in dynamic real-time optimization had the same value for control horizon and prediction horizon. Despite the oscillations of one case study, the gray-box identification algorithm showed its capacity to improve the model.
Keywords: NARMAX model
Nonlinear systems
Gray-box
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Feb-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
AllyneMachadoDosSantos-min.pdf2.39 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.