Modelado y diseño de estrategias de control avanzado para hornos eléctricos de tratamientos térmicos

Abstract

Este informe presenta los resultados del proyecto titulado “Modelado y diseño de estrategias de control avanzado para hornos eléctricos de tratamientos térmicos”, el cual se divide en cuatro partes de la siguiente manera: Primero se estudia el comportamiento y las características de un horno eléctrico real en el que se realizan tratamientos térmicos. Se identifica el sistema calefactor del horno y su funcionamiento, las propiedades y dimensiones del horno junto con los elementos que lo componen. Se procede a realizar un modelo matemático del horno que tenga en cuenta la transferencia de calor por convección y radiación, obteniendo un modelo complejo y no lineal que tienen en cuenta las características de los materiales que conforman el horno y las pérdidas de calor que suceden cuando el horno eléctrico está en funcionamiento. A partir de esto se realiza la linealización en torno a los puntos de equilibrio requeridos en un tratamiento térmico y se realiza el análisis de estabilidad, controlabilidad y observabilidad del sistema. Para el control de temperatura se seleccionan cuatro estrategias de control: Un controlador PID, debido a su amplio uso en sistemas de control industrial; una estrategia por retroalimentación de estados, ya que este método de diseño de sistemas de control no lineal ha tenido gran aceptación en los últimos años y es interesante observar como la dinámica no lineal del sistema se puede transformar en una dinámica lineal. Se realiza una estrategia de control utilizando desigualdades lineales matriciales por la oportunidad que se presenta de controlar una planta en distintos puntos de operación. Por último, se aplica una estrategia de control basada en espacios métricos con el fin de que varias variables ante una perturbación puedan restablecerse en el valor deseado. Al finalizar, se analizan los resultados y se comparan las señales de control y la curva de temperatura de la pieza entre las cuatro estrategias para definir cuál de estas sería la adecuada para aplicar al horno eléctrico de resistencias en el que se basa el modelo matemático realizado.