Diseño de control PID multivariable utilizando programación lineal iterativa y desacoplamiento
Autores: Garrido, Juan; Garrido-Jurado, Sergio; Vázquez, Francisco; Arrieta, Orlando
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
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El diseño de sistemas de control de procesos multivariables es especialmente complicado cuando existen fuertes interacciones entre los diferentes lazos de control, y aún más con múltiples retardos temporales. Este artículo propone un método de diseño iterativo de controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID) centralizados para sistemas lineales estables. La metodología se basa en la parametrización lineal de funciones de transferencia de lazo equivalente (ELTFs) para control centralizado. Estas funciones capturan la dinámica de los otros lazos y, a partir de un diseño previo, permiten resolver el problema de diseño en cada iteración con programación lineal que da forma al diagrama de Nyquist de las ELTFs en el dominio de la frecuencia, lo que también evita la necesidad de aproximaciones. Se proponen dos optimizaciones: (I) maximizar las ganancias integrales cumpliendo márgenes de robustez lineal en cada ELTF y (II) maximizar los márgenes de robustez lineal cumpliendo anchos de banda mínimos en cada lazo. En ambas optimizaciones, se incluye el desacoplamiento estático y el desacoplamiento en una frecuencia cercana al ancho de banda de cada lazo como restricciones, lo que mejora el rendimiento del desacoplamiento y la convergencia del procedimiento. La efectividad del método se verifica en tres ejemplos de simulación (cuadrado y no cuadrado) y un proceso experimental de laboratorio. Los diseños propuestos logran una respuesta similar o mejor en comparación con la lograda por otros autores.
Descripción
El diseño de sistemas de control de procesos multivariables es especialmente complicado cuando existen fuertes interacciones entre los diferentes lazos de control, y aún más con múltiples retardos temporales. Este artículo propone un método de diseño iterativo de controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID) centralizados para sistemas lineales estables. La metodología se basa en la parametrización lineal de funciones de transferencia de lazo equivalente (ELTFs) para control centralizado. Estas funciones capturan la dinámica de los otros lazos y, a partir de un diseño previo, permiten resolver el problema de diseño en cada iteración con programación lineal que da forma al diagrama de Nyquist de las ELTFs en el dominio de la frecuencia, lo que también evita la necesidad de aproximaciones. Se proponen dos optimizaciones: (I) maximizar las ganancias integrales cumpliendo márgenes de robustez lineal en cada ELTF y (II) maximizar los márgenes de robustez lineal cumpliendo anchos de banda mínimos en cada lazo. En ambas optimizaciones, se incluye el desacoplamiento estático y el desacoplamiento en una frecuencia cercana al ancho de banda de cada lazo como restricciones, lo que mejora el rendimiento del desacoplamiento y la convergencia del procedimiento. La efectividad del método se verifica en tres ejemplos de simulación (cuadrado y no cuadrado) y un proceso experimental de laboratorio. Los diseños propuestos logran una respuesta similar o mejor en comparación con la lograda por otros autores.