Alternativa de Controladores Predictivos Robustos

Abstract

El control predictivo es quizás la técnica de control avanzado que mayor aceptación ha tenido en el mundo industrial. Sin embargo, una de las limitaciones de la misma es la necesidad de contar con un modelo de predicción realista, ya que generalmente no pueden contemplar todos los aspectos de la dinámica del proceso, por lo que suelen aparecer incertidumbres. Esta investigación tiene como objetivo el diseño del control predictivo de procesos no lineales con incertidumbres acotadas, con el fin de obtener una solución más efectiva y robusta en el control de procesos con incertidumbres, que desde técnicas convencionales pueden tornarse complejas. El aporte de la investigación es la obtención de una alternativa de control: Min-Max MPC, que considere de manera explícita la incertidumbre en el cálculo de la señal de control y que posibilite superar las limitaciones asociadas al tratamiento de las restricciones. En esta tesis se ha escogido el Min-Max MPC con incertidumbres multiplicativas acotadas y criterio cuadrático. Esta formulación es sencilla desde un punto de vista conceptual, y al estar formulada sobre modelos de función de transferencia es muy apropiada a la hora de implementarla sobre procesos industriales. La estrategia propuesta se aplica a un Intercambiador de Calor, un Reactor de Van de Vusse y un Fermentador. Se brindan las condiciones bajo las cuales se diseña el esquema de control para cada proceso, y por último, se muestran y analizan los resultados de las simulaciones ante cambios en la referencia y perturbaciones.

The predictive control is perhaps the advanced control technique that has greater acceptance in the industrial world. However, one limitation of it is the need to have a realistic prediction model as it generally can not cover all aspects of the process dynamics. This research aims to design predictive control of nonlinear processes with bounded uncertainties, in order to obtain a more effective and robust solution for process control with uncertainties, which can become complex from conventional techniques. The contribution of the research is to obtain an alternative control: Min-Max MPC, which explicitly considers uncertainty in the calculation of the control signal and enables to overcome the limitations associated with the treatment of constraints. In this thesis we have chosen the Min-Max MPC with multiplicative uncertainties and bounded quadratic criterion. This formulation is simple from a conceptual point of view, and to be made on transfer function models is most appropriate when deploying on industrial processes. The proposed strategy is applied to a Heat Exchanger, Van de Vusse Reactor and Fermenter. The conditions under which the control scheme is designed for each process are provided, and finally, show and analyze simulation results to changes in the reference and disturbance.