Advanced control strategies for efficient disturbance compensation. Estrategias de control avanzadas para compensación eficiente de perturbaciones

Résumé

La compensación eficiente de perturbaciones es una de las tareas más importantes en cualquier sistema de control. En muchos procesos industriales la influencia de las perturbaciones es habitualmente tratada utilizando únicamente la realimentación. Sin embargo, si las perturbaciones pueden ser medidas, esta forma de rechazarlas puede no ser eficiente en muchas situaciones debido al carácter reactivo de la realimentación (no se proporciona ninguna acción de control hasta que no existen discrepancias en el lazo de control). En contraposición, las técnicas de control por adelanto han demostrado en multitud de ocasiones su utilidad, ya que proporcionan una acción de control antes de que la perturbación haya afectado a la variable manipulada. De hecho, bajo ciertas circunstancias, es posible eliminar completamente el efecto de las perturbaciones de la salida del proceso. Sin embargo, únicamente existen unos pocos métodos de diseño para controladores por adelanto en la literatura para tratar con el resto de posibles escenarios. En esta tesis doctoral, se presentan varias contribuciones para mejorar las técnicas de control por adelanto a partir de perturbaciones medibles. El diseño de dichas estrategias está basado en la optimización de la respuesta en bucle cerrado para aquellos casos en los que la compensación de perturbaciones por adelanto ideal no es posible. En primer lugar, se estudian las distintas situaciones que producen un controlador por adelanto no-realizable. Dichas situaciones son: inversión de retardos, ceros de fase no-mínima y polos en el origen. Posteriormente, se proponen estrategias de diseño sencillas para estos casos asumiendo que no existen errores de modelado. A continuación, se presenta una metodología de diseño robusto para la compensación eficiente de perturbaciones. La principal ventaja de la técnica propuesta es que se realiza una sintonía simultánea para los controladores realimentado y por adelanto. Además, se incluye una metodología para la ponderación de los pesos basada en simples especificaciones temporales de la respuesta final, tales como el tiempo de establecimiento o el pico máximo. Por último, se propone una nueva estructura de control que combina la compensación activa de perturbaciones medibles y tiempos muertos. Dicho controlador incluye modelos de los procesos que le permiten reaccionar más rápidamente para compensar estos comportamientos no deseados. La realimentación se utiliza para eliminar perturbaciones que no pueden ser medidas, ruido y otros errores de modelado. En este caso, se ha considerado el predictor de Smith filtrado (FSP) como el compensador de tiempos muertos (DTC) debido a los múltiples beneficios presentados en la literatura para solventar las limitaciones presentes en el predictor de Smith (SP) original. Adicionalmente, varios procesos industriales bien conocidos son utilizados para validar el controlador incluso en presencia de incertidumbre.