Tuning Generalized Predictive PI controllers for process control applications.

Abstract

Los controladores predictivos PI (PPI) han demostrado superar los controladores PID tradicionales cuando se aplican a sistemas con grandes retardos en comparación a su constante de tiempo. Este trabajo propone un controlador, su estructura de control y ajuste, denominado Proporcional Integral Predictivo Generalizado (del inglés Generalized PPI, GPPI) el cual proporciona una mayor flexibilidad de diseño que las estrategias PI y PPI con las cuales será comparado. Con el fin de realizar una comparación equitativa, las reglas de diseño y ajuste para los controladores discretos PI y PPI se desarrollaron utilizando argumentos óptimos basados en lugar de las raíces, para una respuesta críticamente amortiguada ante un cambio escalón en la referencia. Se obtuvieron resultados experimentales, lo cual es de suma importancia para validar el uso del controlador propuesto en aplicaciones reales, para ello se utilizó un canal hidráulico instrumentado con un PLC, sensores y actuadores industriales. De la planta se utilizaron dos lazos de control los cuales pueden ser modelados por FOPTD en un punto de operación para sintonizar y evaluar los controladores propuestos. Los resultados del control GPPI son alentadores, reduciendo el tiempo de asentamiento con sobrepaso muy pequeño ante un cambio escalón en la referencia con respecto a las estrategias PI y PPI, para el caso experimental, reduce el tiempo de asentamiento hasta 41.03 % en el lazo de control de flujo y hasta 54.21 % en el lazo de control de nivel. Se realizó el análisis discreto de las estrategias en el plano Z, lo que permitió una traducción directa a ecuaciones recursivas que luego se pueden programar en un Controlador Lógico Programable (PLC), otros controladores industriales como Sistemas de Control Distribuido (DSC) o microcontroladores, como Arduino, Raspberry o FPGA. En este trabajo, se utilizó un PLC Rockwell ControlLogix ® con lenguaje de programación de texto estructurado.