Control Adaptativo

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONTROL AVANZADO DE PROCESOS

“CONTROL ADAPTATIVO”

Integrantes: Jorge Jorquera

José Pascal Mamani

Profesor: Francisco Watkins

ÍNDICE Pág.

INTRODUCCIÓN 3

1. CONTROL ADAPTATIVO

1.1 DESCRICIÓN DEL CONTROL ADAPTATIVO 4

1.2 MODELO DE REFERENCIA (MRAC) 10

1.2.1 DESCRIPCIÓN 10

1.2.2 MODELAMIENTO 11

1.3 CONTROLADORES AUTOSINTONIZADOS (STC) 15

1.3.1 MODELOS DEL SISTEMA Y DE LAS 16

PERTURBACIONES

1.3.2 MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS 18

2. EJEMPLO DE CONTROL ADAPTATIVO CON MODELO 22

DE REFERENCIA

3. CONCLUSIONES 27

4. BIBLIOGRAFÍA 28

INTRODUCCIÓN

El control adaptativo es un tipo especial de control, el cual consiste en adaptar los parámetros de un proceso a fin de mantener un funcionamiento adecuado de un sistema. Es decir, si un sistema de control modifica su comportamiento debido a cambios de los parámetros del proceso, entonces “alguien” debe ajustarlos. Por lo tanto, este tipo de control es particularmente útil y aplicable a procesos que tienen parámetros variables.

Dado que los procesos son variables, los controladores fijos no son adecuados. Un controlador adaptativo es esencialmente no lineal, y es más complicado que el regulador de ganancia fija, por lo que antes de intentar utilizar el control adaptativo, es muy importante asegurarse que el problema de control no puede resolverse por realimentación de ganancia constante.

En general, el control adaptativo actúa como un control secundario influenciando a los parámetros de un control primario. En esta oportunidad, se abordará principalmente los controladores adaptativos con modelo de referencia (MRAC) y los reguladores autoajustables (STC). El primero, mide las características dinámicas de la planta, las compara con las características dinámicas deseadas, y usa la diferencia para variar los parámetros ajustables del sistema; de modo que se mantenga el desempeño óptimo. Por otro lado, el segundo trata de alcanzar un control óptimo, sujeto a un tipo de controlador y a obtener información del proceso y sus señales.

Como ejemplo en los cuales se puede aplicar control adaptativo se tiene: un brazo robótico, dirección de un barco, control de vuelo de un avión, control de algún proceso no lineal.

1. CONTROL ADAPTATIVO

1.1 DESCRICIÓN DEL CONTROL ADAPTATIVO

La mayoría de los procesos encontrados en la industria tienen carácter estocástico. Los controladores tradicionales con parámetros ajustados son, a menudo, inadecuados para tales procesos porque las características dinámicas cambian. En general, el cambio en los parámetros es provocado por variaciones en el proceso, en la naturaleza de los materiales, combustible, uso de la maquinaria, etc. Tales cambios afectan de diferente forma a los procesos y no siempre de forma significante. Pero, en otros sistemas y procesos, estos cambios pueden ser llegar a ser considerables, a tal nivel, que el uso de controladores de parámetros ajustados, particularmente de tipo PID, resulta inaceptable o eventualmente imposible su aplicación. Es decir, los controladores convencionales no pueden lidiar tal nivel de variación. Por tal motivo, una alternativa para mejorar la calidad del control para cada proceso es la aplicación del “Control Adaptativo”.

El término adaptativo significa cambiar el comportamiento conforme a nuevas circunstancias. Por lo tanto, el control adaptativo indica que se pude modificar el comportamiento en respuesta a cambios en la dinámica del sistema y a las perturbaciones. Más adelante, podrá observar que el control adaptativo se basa en dos lazos de control: uno cerrado y otro de cambios de parámetros. Considerando lo anterior, se puede decir, que este tipo de control es un tipo no lineal en el que el estado del proceso puede ser separado en dos escalas de tiempo que evolucionan a diferente velocidad. La escala lenta corresponde a los cambios de los parámetros y la rápida a la dinámica de lazo cerrado (realimentado). Dicho de otra forma, este control se aplica en sistemas con parámetros variables o desconocidos. Por ejemplo, en un avión, su combustible decrecerá lentamente a causa del consumo durante el vuelo. Por lo que se necesitará un control que adapte esta condición de cambio.

Principalmente, para el diseño de controladores a partir de modelos de la planta que son lineales e invariantes en el tiempo hay dos posibles enfoques para contemplar las incertidumbres en el modelo del sistema y las perturbaciones sobre este. El primero de ellos es utilizar un controlador adaptativo, el cuál estima los parámetros y calcula la señal de control basándose en dichos parámetros. El segundo enfoque es considerar las incertidumbres del sistema en el diseño de un controlador fijo, lo cual lleva a un esquema de control robusto, que es más insensible a las variaciones en los parámetros y a las perturbaciones. A partir de ello, debe considerarse que el control adaptativo es diferente del control robusto, ya que no necesita de información a priori sobre los límites de estos parámetros inciertos o variables en el tiempo, mientras que el control robusto garantiza que si la variación de los parámetros está dentro de límites dados, el control no necesita ser cambiado.

Dado que un controlador adaptativo es un sistema no lineal, en él es necesario ajustar una serie de parámetros, por lo que es importante determinar bajo qué circunstancias es insuficiente utilizar un controlador fijo y será necesario un controlador adaptativo. Así, un controlador convencional está pensado para controlador sistemas (generalmente lineales) cuyos parámetros son constantes. Esto es una buena aproximación en la mayor parte de los casos, cuando se pretende regular un sistema en un punto fijo de operación. Pero cuando existen perturbaciones, si éstas son pequeñas, dicha aproximación continúa siendo suficiente para obtener un buen control. Sin embargo, la aproximación en torno a un punto de funcionamiento no suele seguir siendo buena, si el punto de funcionamiento cambia.

Si la modificación de los parámetros es conocida, puede aplicarse un controlador ajustable por tabla (gain

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