Diseño de un sistema de control predictivo multivariable aplicado a un proceso hidráulico de cuatro tanques acoplados

Teniendo en cuenta que a nivel global los fluidos son indispensables para los procesos industriales y por lo tanto el control de nivel en depósitos industriales es una de las necesidades más importantes del mercado, el presente trabajo muestra una aplicación de un sistema de control multivariable en un sistema hidráulico de cuatro tanques acoplados que emula el acoplamiento de nivel de los tanques, lo que representa una problemática típica de la industria. Se realiza un estudio del estado del arte con respecto al proceso que se utiliza incluyendo su dinámica y las soluciones previas con diferentes técnicas de control convencional, control moderno y control avanzado, y se escoge las técnicas de control que se implementan. Luego se desarrolla el modelamiento matemático de un sistema hidráulico de cuatro tanques acoplados para comprender las principales variables físicas involucradas en el proceso y se obtiene un modelo que se utiliza como objetivo de los sistemas de control que se diseñan. A partir del modelo matemático obtenido, se implementan dos sistemas de control predictivos multivariable y con los resultados que se obtienen se cuantifica la eficiencia de funcionamiento de ambos sistemas mediante parámetros estándar de desempeño con el objetivo de escoger el algoritmo de control que mejor desempeño muestra. A partir del algoritmo de control que se selecciona, se desarolla la propuesta de solución para la planta objeto de estudio con un controlador industrial comercial, y se realizan las pruebas experimentales necesarias para validar el funcionamiento del sistema de control seleccionado concluyendo que es posible mejorar el funcionamiento de la planta objeto de estudio mediante el uso de la técnica de control avanzada propuesta.Tesi

Diseño y simulación de un sistema didáctico para prueba de algoritmos de control en un arreglo hidráulico de cuatro tanques con acoplamiento cruzado

"En el siguiente trabajo de investigación se presenta un problema de control muy común en la industria química y cualquier tipo de industria en la que se requiera de un manejo de líquidos. Dicho problema consiste en el diseño y simulación de un arreglo hidráulico de cuatro tanques con acoplamiento cruzado. De antemano se sabe que en la industria las leyes de control son indispensables independientemente de la carrera de ingeniería que se estudie, debido a que hoy en día la automatización dentro de las industrias avanza cada vez más.

Sistema automatizado de captación y distribución de agua lluvia y procesos limpios para uso racional del consumo en viviendas de interés social.

El ahorro del agua es fundamental para preservar la existencia de la humanidad. Según un estudio de la Universidad de la Sabana, el 43% de este líquido se desperdicia en Colombia debido a fugas en tuberías o mal uso en los hogares y la industrial. Una forma de mitigar este desperdicio es hacer un mayor control del consumo de agua y buscar alternativas que reúso y recolección el líquido de fuentes naturales, tales como la lluvia. En ese sentido, este trabajo de grado presenta el desarrollo de una plataforma automatizada, que incluye hardware-software, capaz de recolectar y distribuir el agua proveniente de la lluvia y procesos limpios hacia múltiples lugares con llaves de agua en el hogar. El hardware involucra la integración de electroválvulas, bombas de agua, tableros electrónicos, sensores, tanques de almacenamiento y tuberías. El software corresponde a la programación de autómatas con el fin de supervisar y controlar todo el proceso de recolección y distribución del agua. El contenido de este informe describe las etapas de diseño y desarrollo de la plataforma, incluyendo los cálculos de dimensionamiento, consumo de potencia, controladores para nivel de los tanques, etc., y desarrollo a través de diversas tecnologías de bajo costo disponibles en el mercado. El desarrollo final fue implementado en una vivienda en la ciudad de Bogotá, mostrando los resultados esperados en términos de costo-beneficio y e impacto ambiental positivo. Conocer la problemática y pasar a entender que elementos son útiles en la manipulación y control del agua lluvia es fundamental para dar soluciones óptimas al ahorro de agua.The saving of water is essential to preserve the existence of humanity. A recent study from University of La Sabana revealed that 43% of this liquid is wasted in Colombia caused by leaks in pipes or misuse in homes and industry. One way to mitigate this waste is to make more control of water consumption and look for alternatives that reuse and collect the liquid from natural sources, such as rain. In this sense, this project presents the development of an automated platform, which includes hardware-software, capable of collecting and distributing water from rain to multiple applications in home. The hardware involves the integration of electro valves, water pumps, electronic boards, sensors, storage tanks and pipes. The software corresponds to the programming of logic controllers in order to supervise and control the entire process of water collection and distribution. The content of this report describes the stages of design and development of the platform, including sizing calculations, power consumption, controllers for tank level, etc., and development through various low-cost technologies available in the market. The final development was implemented in a house located in Bogotá, showing the expected results in terms of cost-benefit and positive environmental impact. The exploration of the problem and to understand what elements are useful in the handling and control of rainwater is essential to provide optimal solutions to save water

Implementación de técnicas de control no lineal en LABVIEW a un sistema de nivel de tanques

Se estableció el estado del arte de la temática mediante la búsqueda bibliográfica en la Biblioteca de la Universidad Tecnológica de Bolívar, en conjunto con documentación obtenida en internet y bases de datos científicas. Se desarrollo detalladamente cada una de las técnicas de interés partiendo de un modelo matemático no lineal obtenido previamente para luego ser implementadas sobre el sistema dinámico real, el sistema de nivel de líquido de tanques interconectados en paralelo ubicado en el Laboratorio de Control Automático de la Universidad Tecnológica de Bolívar. Se obtuvo la respuesta del sistema controlado para cada una de las tres técnicas de control no lineal y se analizó la estabilidad y rapidez de respuesta de cada uno.Incluye bibliografí

Desarrollo de una herramienta computacional para el dimensionamiento de gasoductos y redes de distribución de gas

El presente estudio muestra el desarrollo de un modelo de balance de nodos solucionado por teoría linear que permite la simulación de redes de transporte y distribución de gas en estado estacionario considerando régimen isotérmico, este modelo incluye el cálculo de propiedades del gas, pérdidas de presión en accesorios por el método de las tres K, pérdidas de cabeza por válvulas de seguridad y válvulas de control y la curva característica de un equipo de compresión cuando es requerido. Adicionalmente, un modelo de optimización es implementado, el cual utiliza un algoritmo de tipo evolutivo que permite hallar la combinación de diámetros de tubería, válvulas y compresores (en caso que estén presentes en la red) que minimiza el valor de una función objetivo de costo anualizado que tiene en cuenta costos de capital y costos operativos de la red. Posteriormente, los dos modelos implementados se utilizan para desarrollar una herramienta computacional que permite tanto el modelado de redes de gas como la minimización de los costos asociados a la construcción y operación de estas. Finalmente, se resuelven ejemplos de redes estudiadas en la literatura y diseñadas a nivel industrial obteniéndose resultados satisfactorios al aplicar los modelos desarrollados.Abstract. This research shows the development of a nodal balance model solved by linear theory that allows to simulate distribution and transport gas network in steady state considering isothermal regime. This model includes gas properties calculation, fitting losses by three-K model, head losses of safety relief valves and control valves, and the compressor map when pressure supply is required. In addition, an optimization tool is implemented, which uses an evolutionary algorithm that is able to find such a combination of diameters of pipe, valves and compressors (if they are present in network) that minimize the value of an annualized cost objective function that takes in count capital cost and operating cost of network. Then, these two models are used to develop a computational tool that permits both, the gas network modeling and minimizing the cost associated with construction and operation of this. Finally, examples of networks studied in literature and designed in industrial level are solved using these two models achieving satisfactory results.Maestrí

Diseño del control y monitorización de las compuertas de las tomas de agua de los ríos Pejibaye y Tapantí, centro producción Río Macho.

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electrónica, 2009.El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) es el mayor productor de energía eléctrica en Costa Rica, cuenta con más de 10 plantas hidroeléctricas, las cuales generan más del 80% de la electricidad que consumen los costarricenses. La planta generadora Río Macho, ubicada en Orosí de Paraíso de Cartago, al ser una planta de hidroeléctrica, debe canalizar gran cantidad de agua sin afectar el ecosistema circundante. Actualmente el control de estos sistemas de cierre y apertura se realiza de forma artesanal, pues un operario, basado en su experiencia, es quien acciona un botón para activar desde una electroválvula hasta una bomba hidráulica; con ello se hace necesario tener un operario por turno, pero esto conlleva un riesgo, en especial en la toma de agua de Pejibaye, pues el acceso a esta toma es difícil y peligroso (se accesa por un túnel en donde los niveles de agua son elevados). Además, el sistema está prácticamente obsoleto pues se basa en sensores de mercurio y relés que han ido perdiendo su fiabilidad. Ante esto la propuesta de diseño que se da, busca operar y monitorear las compuertas, tanto en modo local donde el sistema es autónomo, (sin dependencia del sistema SCADA) y modo remoto donde es controlado y monitorizado en su totalidad por el sistema SCADA, además de presentar sistemas de seguridad que prevengan posibles accidentes durante su operación, como lo son modos de mantenimiento, el cual bloquea el acceso al control de las compuertas o bombas durante su reparación o verificación y el paro de emergencia (EMO), el cual trabaja en todos los modos de operación aún sin presencia del sistema SCADA. Agregando a las anteriores algoritmo el cual tiene la capacidad de determinar si la compuerta se detiene antes de llegar a su posición de reposo, éste determina si existen obstrucciones o fallos en el sistema durante el desplazamiento de las compuertas y en caso de ocurrir un problema de éste tipo desactiva las electroválvulas y motores que intervienen en la operación. La comunicación ínter tomas fue diseñada basados en enlaces de fibra óptica, los cuales brindan una distancia de transmisión máxima de 3 km. aún con el cable sumergido en el cauce del río, esto por las características propias de humedad y distancia del túnel que comunica las tomas de agua Tapantí y Pejibaye. Por otro lado al activarse las protecciones termo-magnéticas, el sistema indica al usuario, cuál de las partes del sistema presenta fallos, por medio del programa de usuario, en modo remoto, o por luces indicadoras, en modo local. Además de presentar de forma amigable para el usuario la información de posición de las compuertas, alarmas y protecciones termo-magnéticas, y manejo de las compuertas presentes en las tomas de agua

Sistema de control de un dispositivo mecánicoibalanceado por medio de dos helicies

En el presente trabajo, se expone el desarrollo de un sistema de control para la estabilización de un sistema mecánico compuesto por una barra rígida en cuyos elementos se encuentran acoplados dos hélices a través de motores Brushles. Se tiene un eje de rotación que permite la sujeción de la barra y es el que permite un desplazamiento articulado en un punto de giro; el cual es medido mediante un sensor de posición angular y permite conocer la posición con respecto al eje perpendicular. Se utilizó la plataforma arduino para realizar la adquisición de datos además se requirió del uso de un software especializado para establecer la acción de control y la interfaz de usuario donde es posible modificar la referencia del sistem

Diseño del control de nivel de un sistema hidráulico de dos tanques acoplados empleando control adaptativo por modelo de referencia

El presente trabajo de tesis consiste en el diseño del control de nivel de un sistema hidráulico de dos tanques acoplados empleando control adaptativo por modelo de referencia. Se usó la planta piloto que se encuentra en el Laboratorio de Control Avanzado para el modelamiento del proceso a controlar. El modelo dinámico de la planta se linealizó para obtener las funciones de transferencia de cada tanque y el efecto del acoplamiento entre ellos. Luego se diseñó un control por desacoplo, a través del cual se busca reducir la interacción entre ambos tanques, para que el sistema multivariable se convirtiera dos sistemas de una entrada y una salida, para cada uno de los cuales se diseñará un controlador. El controlador se sirve de un modelo de referencia con las características deseadas, el cual se diseña a partir del lazo cerrado de un controlador PI con la función de transferencia de un tanque desacoplado. El sistema de adaptación se diseña a partir de la regla MIT (Massachusetts Institute of Technology), que usa una función de costo con el error entre el modelo y la planta para obtener los parámetros de la ley de control para cada tanque. En las pruebas con el modelo de la planta no lineal implementado en Simulink, se pudo comprobar que cuando la altura de uno de los tanques varía al seguir el nivel de referencia, la perturbación ocasionada en el otro tanque era corregida rápidamente por el controlador, por lo que se pudo mantener un nivel de referencia deseado en cada tanque independientemente del otro. Finalmente se elaboró una propuesta para la implementación del control adaptativo por modelo de referencia diseñado

“Modelamiento y simulación de un sistema con doble péndulo invertido”

En este trabajo se modela el comportamiento de un péndulo doble invertido, a partir de las ecuaciones matemáticas que describen el comportamiento del sistema .Las ecuaciones de un sistema dinámico son por lo general no lineales por lo que se procede a hacer una aproximación al linealizar las ecuaciones encontradas. Posteriormente para visualizar el comportamiento del sistema dinámico y realizar un análisis detallado se utilizaran herramientas informáticas, los simuladores a utilizar son Matlab, OpenModelica y Scilab. La simulación del sistema será en lazo abierto donde se comparan los recursos usados y la eficiencia de cada uno de los simuladores.In this work the behavior of a double inverted pendulum, from the mathematical equations that describe the behavior of a dynamic system equations .The system are generally nonlinear so therefore proceed to make an approach to linearize modeled the equations found. Then to display the dynamic behavior of the system and perform a detailed analysis tools are used, the simulators are used Matlab, Scilab and OpenModelica. The simulation will open loop system where the resources used and the efficiency of each of the simulators are compared

Análisis comparativo entre un control LQR y un control clásico en un convertidor Boost mediante una simulación en Simulink de Matlab

Desarrollar un Análisis comparativo entre un control LQR y un control clásico en un convertidor Boost para mantener el voltaje constante en la carga, mediante una simulación en Simulink de Matlab.El presente documento muestra el análisis comparativo entre un control LQR y un control clásico en un convertidor Boost, además de observa el funcionamiento del convertidor Boost y su comportamiento no lineal, siendo este un sistema de fase no mínima. Por tal motivo, se usa el software de Matlab y su herramienta Simulink para obtener y simular las ecuaciones diferenciales y su comportamiento. Para realizar la linealización se utiliza el método de las series de Taylor, y también es importante calcular los valores del punto de equilibrio en que trabajara el sistema. Para realizar control es necesario utilizar el modelo lineal que permitirá crear controladores PI y LQR, dando como resultado el análisis comparativo de estos dos controladores en un convertidor Boost.Ingenierí