GREY BOX MODELING STRATEGY APPLIED TO A WATER TANK HEAT SYSTEM (WTHS)

ESTRATÉGIA DE MODELAGEM CAIXA CINZA APLICADA A UM SISTEMA DE TANQUE DE AQUECIMENTO DE ÁGUA

Medeiros, Márcio Lindemberg Bezerra de; Cajueiro, Emanuel Benício de Almeida

Artigo completo:

This paper presents a Water Tank Heating System (WTHS) with the phenomenal modeling along with a system identification procedure in order to demonstrate a typical methodology of how to estimate the unknown parameters (grey box modeling). Simulations were run in a reservoir with 11 liters of fresh water using a 110V, 1300 W set of resistance, temperature sensor and a fan to create a forced heat convection transference. A set of PRBS was applied and the system response recorded using a PLC. Using MATLAB identification tool box an ARX model with up to 58% fitness was obtained. Non-linear and approached linear models were simulated fitting with 87% for the last compared with the first. The mathematical model developed can be used as a virtual sensor replacing a physical assembly bringing cost reductions and advantages such as time invariance, no maintenance, nor failures, nor electromagnetic interference.

Esse artigo apresenta a modelagem fenomenológica e o procedimento de identificação de sistemas para um protótipo de sistema de aquecimento de tanque de água com o objetivo de demonstrar a metodologia tipicamente utilizada para avaliação de parâmetros desconhecidos (modelagem caixa cinza). Simulações foram realizadas em um reservatório contendo 11 litros de água usando um conjunto de resistências de 110 V, 1300 W, um sensor de temperatura e um ventilador para criar uma convecção forçada. Um sinal PRBS foi aplicado e a resposta do sistema registrada usando um CLP. Usando o tool box do MATLAB para identificação de sistemas um modelo ARX foi encontrado com ajuste de até 58%. Os modelos não-linear e linear foram simulados com ajuste de 87% deste último frente ao primeiro. O modelo matemático desenvolvido pode ser usado como sensor virtual trazendo redução de custos e vantagens tais como invariância temporal, inexistência de manutenção, inexistência de falhas, nem interferências eletromagnéticas.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/siintec2020-GREYBOX

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Como citar:

Medeiros, Márcio Lindemberg Bezerra de ; Cajueiro, Emanuel Benício de Almeida ; "GREY BOX MODELING STRATEGY APPLIED TO A WATER TANK HEAT SYSTEM (WTHS)", p-603-609. In: Anais do VI Simpósio Internacional de Inovação e Tecnologia. São Paulo: Blucher, 2020.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/siintec2020-GREYBOX