Control Basado en Pasividad de un sistema no lineal de estanques en serie

Abstract

Se estudia un sistema multivariable (MIMO) y no lineal el cual es un proceso serial. El proceso consiste de tres estanques dispuestos en serie y a la misma altura con respecto al suelo. Se analiza el sistema utilizando ecuaciones de Bernoulli y se modela realizando algunas asunciones tales como asumir que los estanques son perfectamente cilíndricos y que las válvulas presentan características lineales. Para el diseño de la estrategia de control que propondremos, se realiza una representación del sistema en forma Hamiltoniana de Puerto Controlada. Se proponen dos estrategias de control, cuyos principales objetivos son que los límites mínimo y máximo de nivel en los estanques no deben ser sobrepasados, lograr el desacoplo del sistema, y que la taza de cambio de flujo de un estanque a otro sea razonablemente suave para evitar sobreexigir los equipos que pueden resultar dañados. Otro objetivo de control competente es el caso cuando se tiene una perturbación muy ruidosa o que varía mucho en el tiempo, se desea que ese ruido del flujo de entrada sea absorbido por el primer estanque a modo de mantener un nivel de los estanques segundo y tercero lo más suave posible, en este caso el primer estanque puede actuar como un ‘buffer’ y se le disminuirán algunas restricciones en sus estados para poder efectuar esta función. Se propone el diseño de un control basado en pasividad y balance de masa llamado IDA-PBC, el cual aprovecha la estructura de interconexión de los sistemas y sus características de pasividad para asegurar la estabilidad en lazo cerrado. Con el fin de comparar el desempeño del control IDAPBC se diseña una estrategia de control considerada una de las más clásicas en el control de nivel, esto es un controlador PI simple y sin desacopladores, la cual se sintoniza linealizando el sistema en torno a un punto de operación. Todas las simulaciones se realizan en Matlab Simulink. El control en planta se realiza mediante un PLC y un computador host, donde es posible programar las estrategias diseñadas y crear una interfaz de operación mediante softwares de Rockwell Automation. La implementación que formó parte de este trabajo, permite hacer los estudios prácticos para observar la efectividad de las estrategias diseñadas, lo que nos permite concluir más acabadamente sobre ellas.