Diseño de un controlador avanzado para el control de nivel en el sistema de tanques interconectados del Laboratorio de Automatización de la CIEM

Abstract

El presente proyecto de titulación aborda el diseño y evaluación mediante simulación de un Controlador Predictivo Basado en Modelo (MPC) para el control de nivel en el sistema de tanques interconectados del Laboratorio de Automatización de la carrera de Ingeniería Electromecánica, con el fin de comparar las características que presenta un sistema de control de nivel avanzado respecto al control convencional PID y cuantificar su desempeño, puesto que este último resulta ser ineficiente cuando el proceso es complejo y presenta grandes retardos de tiempo. Se partió obteniendo el modelo matemático que describe el comportamiento dinámico de la planta de estudio, mediante el método de identificación de sistemas, usando la herramienta que proporciona MATLAB® para este proceso. Luego, se sintonizó el controlador predictivo empleando un algoritmo evolutivo con una función objetivo programada para este caso, a fin de determinar qué parámetros me permite obtener un control óptimo; posteriormente se implementó en Simulink para su diseño, simulación y análisis, utilizando el MPC Toolbox de MATLAB®. A su vez también se diseñó un control PID para el sistema de tanques interconectados, considerando las limitaciones físicas del actuador a través de una estrategia conocida como anti-windup, mejorando así la respuesta de control. Implementado ambos controladores en Simulink se evaluó su desempeño mediante simulación y se cuantificó sus resultados, donde se evidencia que el control predictivo presenta un mejor rendimiento a comparación del controlador clásico PID. Además, se desarrolló una aplicación mediante una plataforma GUI que permite al usuario seleccionar cada uno de los casos planteados y ejecutar la simulación de la planta con los controladores MPC y PID diseñados, pudiendo observar mediante gráficas su comportamiento y rendimiento; adicionalmente, se tiene la opción de modificar cada uno de los parámetros preestablecidos del MPC, por lo cual se puede realizar una sintonización manual y ejecutar su simulación para comparar resultados.

Palabras claves: control de nivel, MPC, controlador PID, anti-windup, retardos de tiempo, identificación de sistemas.