Contributions to the analysis, simulation, and experimentation on event-based PID control systems

Resumen

El control basado en eventos es un paradigma de control que surge de manera natural ya que es similar a la forma de actuar de las personas. Su idea fundamental es el concepto de evento, que es algo que ocurre en el sistema y que, de alguna forma, conlleva la necesidad de actuar. Mientras en otros campos del control existe una amplia teoría matemática bien conocida y consolidada, que nos facilita el enfoque sistemático y la resolución de los problemas de control clásico, el control por eventos ha sido usado tradicionalmente en la práctica, basado en conocimiento empírico y heurísticas o en la resolución de problemas particulares. Sin embargo, dado el interés de muchos investigadores en el campo, y la aportación de diferentes formalismos y marcos de trabajo, esta situación ha cambiado, y, aunque todavía se encuentra lejos de alcanzar el grado de madurez de otras ramas del control, ya hay resultados importantes. Por esta razón, es importante no solo la investigación en técnicas de análisis y síntesis de controladores basados en eventos, sino que cada vez es mayor la necesidad de incorporar estos temas en el currículum del estudiante, si bien no en cursos de iniciación al control, sí en otros más avanzados. Es importante el estudio de los sistemas de control basados en eventos en su aspecto teórico y, por otra parte, es necesario contribuir con herramientas que faciliten el desarrollo de plataformas de experimentación con sistemas de control basados en eventos tanto para la investigación sobre nuevos algoritmos de control como para su uso en el terreno de la educación. El objetivo general de la tesis es investigar, diseñar e implementar sistemas de control PID basados en eventos. Se aborda el estudio de dos estructuras genéricas de control por eventos y sus ciclos límites asociados, así como la simplificación de los métodos existentes para desarrollar plataformas de experimentación y enseñanza del control basado en eventos. Los resultados obtenidos están relacionados con el estudio del comportamiento de un sistema de control PID basado en el uso de un muestreo por cruce de nivel, ya sea en la salida del proceso o en la salida del controlador. Los ciclos límite son de particular interés ya que están asociados a oscilaciones en los procesos y, por lo tanto, vale la pena tener conocimiento sobre ellos con el fin de evitar su aparición cuando sea posible o, en caso contrario, al menos para asegurar que no son problemáticos, es decir, que son estables. Entre otras contribuciones, se ha propuesto un algoritmo para analizar las propiedades de los ciclos límite, es decir, para obtener computacionalmente el período de un ciclo límite y los tiempos de conmutación intermedios. El comportamiento de los controladores estudiados se ilustra con resultados de simulación sobre un conjunto de modelos de procesos. Además, este comportamiento ha sido probado y verificado experimentalmente en el sistema Acurex de la Plataforma Solar de Almería, España. Los resultados teóricos han permitido desarrollar los siguientes componentes software: ¿Una librería de clases Java y elementos de EJS, la Process Control Library (PCL), para construir simulaciones relacionadas con el control de procesos.