Modelado y control del sistema de posición de electrodos de un Horno Cuchara

Abstract

El sistema de regulación de la posición de los electrodos de hornos de arco eléctrico es un tema que suscita el interés de los investigadores. El modelado, simulación y control son elementos que generan constantes desafíos a resolver en este tipo de procesos debido a las altas complejidades del mismo y a las no linealidades en el presente. Esta tesis presenta y valida un modelo del sistema de regulación de la posición de electrodos que tiene en cuenta las variaciones en el tiempo de los parámetros del mismo producto al desgaste de los electrodos y el comportamiento asimétrico del desplazamiento. Con el modelo obtenido, mediante la identificación experimental, se realiza el ajuste de varios controladores mediante diversos métodos de diseños. Estos controladores son evaluados y en dependencia de los resultados de los mismos se selecciona aquel que posee el mejor compromiso entre robustez, rechazo a perturbaciones y esfuerzo de control. A partir de estos análisis se derivó la selección del controlador PI no lineal con robustez garantizada como aquel que brinda las mejores relaciones de compromiso. La estabilidad del sistema, ante el controlador seleccionado, se estudió mediante el criterio del círculo y arrojó buenos resultados. La identificación del sistema y el ajuste de los controladores, así como las simulaciones necesarias para ello, se realizaron utilizando la herramienta Matlab®.

The system for regulating the position of the electrodes of electric arc furnaces is a topic that arouses the interest of researchers. Modeling, simulation and control are elements that generate constant challenges to be solved in this type of process due to its high complexities and present non-linearities. This thesis presents and validates a model of the electrode position regulation system that takes into account the variations in time of the parameters of the same product to the wear of the electrodes and the asymmetric behavior of the displacement. With the obtained model, by means of experimental identification, the adjustment of several controllers is carried out by means of various design methods. These controllers are evaluated and depending on their results, the one that has the best compromise between robustness, rejection of disturbances and control effort is selected. From these analyzes, the selection of the non-linear PI controller with guaranteed robustness was derived as the one that provides the best compromise relationships. The stability of the system, before the selected controller, was studied using the circle criterion and yielded good results. The identification of the system and the adjustment of the controllers, as well as the simulations necessary for this, were carried out using the Matlab® tool.