Diseño e implementación de un prototipo funcional de un sistema para recolección y distribución de aguas reutilizables utilizando estrategias de control on-off, PID y PID-difuso a través de STM32F446re y Matlab

dc.contributorBarrero Páez, Luis Efrén
dc.creatorRuiz Ortega, Julio Hernando
dc.creatorOsorio Linares, Kalix J.
dc.date2023-06-20T14:48:33Z
dc.date2023-06-20T14:48:33Z
dc.date2023
dc.date.accessioned2023-09-06T18:47:47Z
dc.date.available2023-09-06T18:47:47Z
dc.identifierRuíz y Osorio (2023)
dc.identifierhttps://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/3453
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8700616
dc.descriptionEste trabajo de grado presenta el diseño e implementación de un sistema automático de recolección y redistribución de aguas residuales provenientes de máquinas lavadoras hacia dos tanques secundarios, en una vivienda ubicada en la ciudad de Bogotá D.C. El sistema está dividido en dos fases principales: la fase de recolección de agua que opera mediante un controlador on-off bajo una máquina de estados y, la fase de redistribución del agua residual hacia tanques cuyo nivel es controlado a través de estrategias PID y PID-Difuso, todo esto soportado bajo la configuración y programación de una tarjeta Núcleo STM32F446RE con procesador ARM Cortex-M4.
dc.descriptionThis undergraduate thesis presents the design and implementation of an automatic system for the collection and redistribution of wastewater from washing machines to two secondary tanks in a residential property located in Bogotá D.C. The system is divided into two main phases: the water collection phase, which operates using an on-off controller based on a state machine, and the wastewater redistribution phase to tanks whose levels are controlled through PID and fuzzy PID strategies. All of this is supported by the configuration and programming of an STM32F446RE Nucleo board with an ARM Cortex-M4 processor.
dc.description1 INTRODUCCIÓN 17 2 PRELIMINARES 18 2.1 PLANTEAMIENTO Y DESCRIPCION DEL PROBLEMA 18 2.2 JUSTIFICACIÓN 20 2.3 OBJETIVOS 21 2.3.1 Objetivo general 21 2.3.2 Objetivos específicos 21 2.4 ALCANCE 21 3 ANTECEDENTES 22 3.1 PROYECTOS TECNOLÓGICOS ORIENTADOS A LA REUTILIZACIÓN DE AGUA RESIDUAL 22 3.2 PROYECTOS DE IMPLEMENTACIÓN DE CONTROL PID-DIFUSO EN CONTROL DE NIVEL DE TANQUES 23 4 MARCO TEÓRICO 26 4.1 MÁQUINA DE ESTADOS 26 4.2 CONTROL DE FASE VOLTAJE AC 26 4.3 CONTROL DE LLENADO DE FLUIDO 27 4.4 TIPOS DE SENSORES DE NIVEL 27 4.5 SISTEMAS DE CONTROL 28 4.5.1 Sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado 29 4.6 IDENTIFICACIÓN DE SISTEMA 31 4.7 CONTROLADOR PID 32 4.8 LOGICA DIFUSA 33 4.8.1 Conjuntos difusos 34 4.8.2 Diseño de modelos difusos 34 4.8.3 Tipos de funciones de membresía 34 4.9 CONTROLADOR DIFUSO 36 4.9.1 Diseño de controladores de lógica difusa en lazo cerrado 38 4.10 CONTROLADOR PID DIFUSO 39 4.11 INDICADORES DE DESEMPEÑO 41 4.12 SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO 42 4.12.1 Controlador PID en tiempo discreto 43 5 DESCRIPCION DEL SISTEMA 46 5.1 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 46 5.1.1 Atención a requerimientos de fase de recolección de agua 47 5.1.2 Atención a requerimientos de fase de redistribución de agua 48 6 PLANTA FÍSICA 49 6.1 DISEÑO DEL SISTEMA 49 6.1.1 Dispositivos seleccionados y justificación 49 6.1.2 Plano P&ID 51 6.1.3 Análisis de ubicación de la planta 53 6.1.4 Descripción de tubería y accesorios utilizados: 53 6.1.5 Características generales de Tanque Principal y tanques secundarios 54 6.1.6 Características generales de las máquinas lavadoras 55 6.1.7 Método de detección de caudal proveniente de las máquinas lavadoras 55 6.2 DISEÑO DE MÁQUINA DE ESTADO PARA LA FASE DE RECOLECCIÓN 58 6.3 SOFTWARE Y MÉTODO DE PROGRAMACIÓN 60 6.4 IMPLEMENTACIÓN Y MONTAJE DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA 62 6.4.1 Diagrama y esquema eléctrico 63 6.4.2 Diagrama de conexión electrónico 64 7 CARACTERIZACIÓN DE LA PLANTA 65 7.1 DISPOSITIVO DIMMER DE VOLTAJE AC 65 7.2 CARACTERIZACIÓN DE SENSOR Y ACTUADOR FASE DE REDISTRIBUCIÓN 69 7.3 CODIFICACIÓN REALIZADA CON EL MÉTODO SIMULINK - STM32CUBEMX – KEIL 71 7.4 MÉTODO PARA LA RECEPCIÓN Y GRAFICACIÓN DE DATOS A TRAVÉS DEL CONTROLADOR 72 7.5 IDENTIFICACIÓN DEL MODELO DEL SISTEMA (FASE DE RE-DISTRIBUCIÓN) 73 7.5.1 Resultados y análisis de identificaciones realizadas. 74 7.5.1.1 Resultados de identificación de Tanque 1 74 7.5.1.2 Resultados de identificación de Tanque 2 78 8 SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID Y PID-DIFUSO PARA LAS PLANTAS EN MATLAB 82 8.1 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID 82 8.1.1 Simulación de Controlador PID para Tanque 1 82 8.1.2 Diseño de Controlador PID para Tanque 2 86 8.2 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID DIFUSO 89 8.2.1 Configuración de funciones de membresía y reglas de inferencia en Fuzzy Logic Designer de Matlab. 90 8.2.1.1 Configuración de Lógica difusa para Sistema de Tanque 1. 91 8.2.1.1.1 Funciones de Membresía de entrada 91 8.2.1.1.2 Funciones de Membresía de salida 93 8.2.1.1.3 Reglas lingüísticas 94 8.2.1.1.4 Respuesta del controlador PID-Difuso simulada en Matlab 96 8.2.1.2 Configuración de Lógica difusa para Sistema de Tanque 2. 97 8.2.1.2.1 Funciones de Membresía de entrada 98 8.2.1.2.2 Funciones de Membresía de salida 100 8.2.1.2.3 Reglas lingüísticas 102 8.2.1.2.4 Respuesta del controlador PID-Difuso simulada en Matlab 104 9 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DE CONTROLADOR PID Y PID DIFUSO SOBRE LAS PLANTAS 105 10 RESULTADOS Y ANALISIS 109 10.1 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID PARA TANQUE 1 109 10.2 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID PARA TANQUE 2 109 10.3 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID DIFUSO Y COMPARACIÓN CON CONTROLADOR PID PARA TANQUE 1 110 10.3.1 Implementación experimental del controlador PID Difuso y comparación con controlador PID para Tanque 2 112 11 CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO 116 12 REFERENCIAS 119
dc.descriptionPregrado
dc.descriptionIngeniero en Mecatrónica
dc.descriptionIngeniería Mecatrónica
dc.format151 p.
dc.formatapplication/pdf
dc.formatapplication/pdf
dc.formatapplication/pdf
dc.formatapplication/pdf
dc.publisherUniversidad ECCI
dc.publisherColombia
dc.publisherFacultad de Ingenierías
dc.relationAcueducto, Agua y Alcantarillado de Bogotá (30 de marzo de 2020). Recomendación para hacer uso racional del agua. https://www.acueducto.com.co/wps/portal/EAB2/Home/general/sala-deprensa/boletines/detalle/!ut/p/z0/fY7LDoIwEEV_pRvWrUQILo1uNMRI4gK6ISNMSLXOQB_Gz 7fyAS7PzcnJlVq2UhO8zQTBMIFN3OmyL5uD2lQqv6iqLFST7663bX08betCnqXL6SCeSyL3ks9MAX8BNnO7AJYcv26UOjRZ2pCQgc2Ux4siBHF7JA8ZOrOFoOhnxN9BGdY8 BBt4EytoTE5Dgd-IY0wpN_oRfQs3ApgU8sKmCLIam7L_JFxW0!/#:~:text=En%20promedio%20una%20persona%20utiliza,litros%20en%20prom edio%20al%20d%C3%ADa
dc.relationAlfaro, V. M. (2002). Métodos de sintonización de controladores PID que operan como reguladores. Revista de la Universidad de Costa Rica, 12(1, 2), p. 28-29.
dc.relationBabuska, R. (1998). Fuzzy Modeling for Control, Fuzzy Modeling (pp. 12-45). Boston: Kluwer.
dc.relationBrown, S. y Vranesic, Z. (2000). Circuitos síncronos secuenciales. Fundamentos de lógica digital con diseño VHDL (2ª ed., pp. 479-500). Mc Graw Hill.
dc.relationBelohlavek, R. y Klir, G. (2011). Concepts and Fuzzy Logic (pp. 55-58). The MIT Press.
dc.relationBolton, W. (2004). Instrumentation and Control Systems (1ª ed., pp. 31-33). Newnes.
dc.relationCabrera, J. (2019). Variación del ángulo de disparo de un Sistema sinusoidal para desarrollar un Sistema eléctrico de ahorro de potencia [Tesis de maestría, Universidad CIATEQ]. Repositorio de la Universidad CIATEQ. https://ciateq.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1020/362/1/CabreraOrnelasJavier%20 MMANAV%202019.pdf
dc.relationCasasnovas, M. (julio de 2014). F.S.M. Máquinas de Estado Finitas. Centro C.U.D.A.R. https://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/tecnicasdigitalesi/pub/file/AportesDelCudar/M aquinas%20de%20Estado%20MC%20V5.pdf
dc.relationCastaño, S. A., Hernández, D. S. y Gallo, J. H. (2013). Control y monitoreo de temperatura para un horno de curado de prendas índigo utilizando lógica difusa y controles PI. Revista Politécnica ISSN, 9(17), p. 70-76
dc.relationChen, C.T. (1993). Analog and Digital Control System Design: Transfer-Function, State-Space, and Algebraic Methods (1 a ed., pp. 475-496). Saunders College Pub.
dc.relationColombia.inn (12 de febrero de 2018) Skilvirk, el invento para ahorrar en el consumo de agua [Archivo de Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=RHIypvowxUM&t=16s
dc.relationDorf, R. y Bishop, R. (2011). Modern Control Systems. (12a ed., pp. 300- 335). Prentice Hall.
dc.relationEcoInventos (8 de marzo de 2016). Washup. Lavadora-inodoro. https://ecoinventos.com/washup-lavadora-inodoro/
dc.relationFernández, A. (3 de diciembre de 2012). El agua: un recurso esencial. Revista QuímicaViva. 11 (3), p. 148. https://www.redalyc.org/pdf/863/86325090002.pdf
dc.relationGordillo, D. y Vargas, K. (2021). Diseño e implementación de un control difuso de nivel de agua de una planta didáctica de cuatro (4) tanques acoplados ubicado en el grupo de investigación INTEGRA [Monografía de pregrado. Universidad Distrital Francisco José de Caldas]. https://repository.udistrital.edu.co/handle/11349/28183
dc.relationGuasch, (2023). Relación de señal de control vs. ángulo de fase en reguladores AC. Rectificadores Guasch SA. https://dhb3yazwboecu.cloudfront.net/720/pdf/an080917_c.pdf
dc.relationHagg, L. y Sandberg, J. (2021) ¿Qué es la medición de tanques? La guía del ingeniero para la medición de tanques. (p. 1-3). Emerson Electric Co.
dc.relationHooda, D. S., & Raich, V. (2016). Fuzzy Logic Models and Fuzzy Control: An Introduction (pp. 30-37). Alpha Science Internation Limited.
dc.relationLjung, L. (1999). System Identification Theory for the User (2a ed., pp. 13-16). Prentice Hall.
dc.relationMamdani, E. H. y Assilian, S. (1975). Analysis of a Fuzzy Logic Controller, Fuzzy Set and System (12, pp. 29-44)
dc.relationMannise, R. (10 de septiembre de 2020). Reutilizar el agua de la lavadora ahorra miles de litros. Ecocosas. https://ecocosas.com/eco-ideas/reutilizar-el-agua-de-la-lavadora/
dc.relationMedina, J. D. (2013). Desarrollo de un control difuso adaptativo por modelo de referencia [Trabajo de pregrado. Universidad Pontificia Bolivariana]. Repositorio institucional de la Universidad Pontificia Bolivariana. https://repository.upb.edu.co/bitstream/handle/20.500.11912/34/Reporte_Final.pdf?isAllowed= y&sequence=1
dc.relationO’dwyer, A. (2009). Handbook of Pi and Pid Controller Tuning Rules (3a ed., pp. 2-7). Imperial College Press.
dc.relationOgata, K. (1998). Introducción a los sistemas de control. Ingeniería de control moderna, (5a ed., pp. 1-16). Pearson Educación S.A.
dc.relationOgata, K. (1996). Sistemas de control en tiempo discreto, (2a ed., pp. 1-52). Prentice Hall.
dc.relationOrganización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (2006) The United Nations World Water Development Report 2. Sección 2: Changing Natural Systems; Capítulo 4. Parte 1. Global Hydrology and Water Resources; p.121-122. Recuperado de: https://www.greenfacts.org/es/recursos-hidricos/l-3/1-pressures-on-ressources.htm#0p0
dc.relationPonce, P. (2010). Capítulo 2: Lógica Difusa. Inteligencia artificial con aplicaciones en la ingeniería (1a ed., pp. 71-121). Alfaomega Grupo Editor
dc.relationPrada, V., Rubiano, A. y Amaya, D. (diciembre de 2010). Diseño y construcción de un sensor capacitivo de nivel. Revista ITEKNE, 7(2), 199-200. https://www.researchgate.net/publication/287411791_Diseno_y_construccion_de_un_sensor_ capacitivo_de_nivel
dc.relationRamos, R. (febrero de 2007). Tema 6. Sistemas Digitales de Control en tiempo Discreto. Sistemas Digitales de Instrumentación y Control [Imagen] (p. 27, 35).
dc.relationRoca (2023). Colecciones W+W. https://www.roca.com.ar/colecciones/w-w.
dc.relationRodríguez, A., Martínez, M., Rodríguez, I., Fundora, H., y Guzmán, T. (2011). Desarrollo tecnológico, impacto sobre el medio ambiente y la salud. Revista Cubana de Higiene y Epidemiología, 49(2), 308-310. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1561- 30032011000200016&lng=es&tlng=es.
dc.relationRoss, T. (1995). Fuzzy Control Systems. Fuzzy logic with engineering applications (3a ed., pp. 440-442). John Wiley & Sons Ltd.
dc.relationSaeteros, C. (2018). Implementación de un control PID Fuzzy para la regulación de nivel del módulo MPS PA Compact Workstation mediante la tarjeta STM32F4 DISCOVERY [Trabajo de grado de pregrado, Universidad politécnica Salesiana]. Repositorio Institucional de la Universidad Politécnica Salesiana. https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/15353.
dc.relationSTMicroelectronics. (2014). STM32-MAT/TARGET. file:///C:/Users/adminlabindustrial/Downloads/stm32-mat-slsh-target%20(1).pdf
dc.relationSTMicroelectronics. (2021). Datasheet STM32F446xC/E. https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f446re.pdf
dc.relationSTMicroelectronics. (2022). STM32Cube initialization code generator. https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
dc.relationTakagi, T. y Sugeno, M. (1985). Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 15(1), 116-132.
dc.relationVega, J (2013). Control PID Difuso de Nivel de tanque en un sistema de fertirriego en Invernadero [Tesis de maestría, Instituto Tecnológico de Ciudad Guzmán]. Recuperado de: https://es.scribd.com/document/398486256/213610740-Control-PID-Difuso-de-Nivel-de-UnTanque#
dc.relationVistrónica (2023). Dimmer Digital 1CH 1KW Para Arduino TRIAC BTA312 - SUTAGAO (Sin Ventilador). https://www.vistronica.com/potencia/modulos/dimmer-digital-1ch-1kw-paraarduino-triac-bta312-sutagao-sin-ventilador-detail.html
dc.relationYi, S. y Chung, M. (11 de octubre de 1993). Identification of fuzzy relational model and its application to control. Fuzzy Sets and Systems, 59, 25-33.
dc.relationZadeh, L. A. (1968). Fuzzy Algorithms, Information and Control (12, pp. 94 – 102).
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.subjectMáquina de estados
dc.subjectControl de nivel
dc.subjectPID-Difuso
dc.subjectAuto sintonizable
dc.subjectDefusificación
dc.subjectIndicador de desempeño
dc.subjectAgua residual
dc.subjectCircuito Dimmerizable AC
dc.titleDiseño e implementación de un prototipo funcional de un sistema para recolección y distribución de aguas reutilizables utilizando estrategias de control on-off, PID y PID-difuso a través de STM32F446re y Matlab
dc.typeTrabajo de grado - Pregrado
dc.typehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.typeText
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.typehttps://purl.org/redcol/resource_type/WP
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/updatedVersion
dc.typehttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85


Este ítem pertenece a la siguiente institución