Diseño de sistemad de control reseteadoaplicaciones en control de procesos

Resum

Resumen Este trabajo está fundamentalmente enfocado al diseño de un nuevo controlador reseteado con el objetivo de que su aplicación al control de procesos no resulte compleja para el ingeniero u operario encargado. Los controladores reseteados surgieron como alternativa para superar las limitaciones de fase y magnitud que poseían los controladores lineales, pues permitían aumentar la fase del sistema sin variar con ello su magnitud. Como consecuencia de estos beneficios del control reseteado y con el objetivo de usarlos en controladores ya comercializados, surgió la idea principal de este trabajo, que es la de definir y diseñar un controlador de tipo Proporcional- Integral (PI) con acción de reset, bautizado como controlador PI+CI. La estabilidad interna de este nuevo controlador reseteado se demuestra dividiendo el espacio de estado en regiones y usando en cada una de ellas funciones de Lyapunov locales, tanto en procesos sin retardo como en procesos con retardo, éstos últimos los más comunes en el control de procesos. Para sintonizar el controlador PI+CI primeramente se sintoniza un controlador PI mediante el método del control del modelo interno (IMC). Posteriormente, a este controlador PI se le hace reset solamente en una parte de su término integral, quedando sintonizado el controlador PI+CI. Para el caso de un proceso de primer orden sin retardo se consigue que el sistema de control alcance el estado estacionario con tan solo dos acciones de reset. Por otro lado, cuando el proceso tiene retardo se debe desintonizar el controlador base PI para hacerlo más rápido y con más overshoot. En este caso, al sintonizar el controlador PI+CI se consigue una respuesta más rápida que la conseguida con el controlador PI sintonizado por IMC sin aumentar el overshoot. Esta misma filosofía se aplica para sintonizar el controlador PI+CI cuando el proceso a controlar tiene incertidumbre, consiguiendo de nuevo acortar el transitorio de la respuesta del controlador PI. Además de éstos, el controlador PI+CI aporta otro beneficio al sistema de control, pues posee propiedades anti-windup y con ello evita la saturación de la señal de control. 1 Cuando el proceso contiene retardos dominantes, a éste le llega una señal de control reseteada retardada provocando una descoordinación entre los instantes de reset y los instantes en los que el proceso percibe los beneficios de la acción de reset. Para solucionar esta descoordinación se adelantan los instantes de reset mediante dos nuevas condiciones de reset, dadas por una banda de reset fija y otra variable. Además, en las ocasiones en las que el undershoot de la respuesta aumenta en lugar de disminuir, se define un coeficiente de reset relativo que hace que el término integral del controlador PI+CI se haga reset en función de la dinámica del sistema de control. Finalmente, los beneficios del controlador PI+CI se comprueban sobre sistemas reales de control de procesos. Por un lado se usa el controlador PI+CI para controlar la temperatura de salida de un campo solar de colectores distribuidos. Por otro lado, también se aplica la compensación PI+CI en la industria conservera. En ambos procesos, al aplicar el controlador PI+CI se mejora notablemente la respuesta del controlador PI lineal, reduciendo su transitorio con menores overshoot y undershoot sin disminuir su velocidad.