Abstract
Este documento presenta una comparación entre dos técnicas lineales de controladores conocidos como PI-LOR y MPC con restricciones suaves aplicada a un proceso de cuatro tanques acoplados, cuyas características principales son las no linealidades, múltiples entradas y salidas y una dinámica lenta. El modelo es linealizado alrededor de un punto de funcionamiento utilizando un método de optimización, denominado mínimos cuadrados. Además, se presenta una formulación matemática general para ambos controladores que puede ser fácilmente extendida a cualquier control de procesos. Todo el procedimiento es descrito en detalle, así como los resultados de la simulación para ambos controladores. Para lograr una comparación real del rendimiento, los datos experimentales son obtenidos en las mismas condiciones y se analizaron todos los parámetros de respuesta.
 
 
Highlights
This paper shows a comparison between two linear controllers, a PI-LQR and a SoftConstrained MPC applied to a Four-Tank process, which main characteristics are the nonlinearities, multiple inputs and outputs coupled together and slow behavior
Estos ejemplos incluyen requisitos de rendimiento agresivos que pueden no ser alcanzables con métodos de control en lazo abierto (Vikram, et al, 2005)
La idea detrás de este esquema de control es minimizar una función objetivo mediante el cálculo de una secuencia de acciones de control a lo largo de un horizonte de predicción; solo el primer componente de esta secuencia de control se implementa en el paso de tiempo actual; las acciones de control restantes se descartan
Summary
Las aplicaciones industriales generalmente requieren interacciones entre reactivos, donde un nivel de líquido debe ser constante para alcanzar una reacción química con éxito. El sistema de cuatro tanques acoplados puede ser muy vulnerable al presentar un error de posición en estado estacionario; este inconveniente se puede superar mediante la introducción de restricciones suaves (soft-constraints) y una acción integral en la formulación tradicional para los controladores MPC y LQR, respectivamente; dando como resultado un MPC con restricciones suaves (SC-MPC) y la acción integral en el LQR (PI-LQR). La Sección 2 presenta la descripción no lineal del sistema de cuatro tanques, el modelo matemático, los parámetros de trabajo y su linealización referida a un punto de trabajo obtenido a partir de una curva de reacción. En la Sección 3, las dos técnicas de control PI-LQR y SC-MPC son formuladas bajo una manera general y ser aplicadas en el sistema descrito. El presente trabajo es una versión extendida y en español del artículo (Chamorro, et al, 2017)
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