Diseño de un controlador predictivo generalizado multivariable para el control de una celda de flotación tipo columna utilizada en el proceso de recuperación de cobre

La industria extractiva de minerales, en el Perú, es un actor muy importante de desarrollo económico y tecnológico. Destacando el cobre como principal mineral. Es importante, como país minero, desarrollar investigaciones y tecnologías que ayuden a mejorar el proceso de extracción y concentración de minerales. En la industria minera actual, donde se ha conseguido un gran avance en la automatización, aún existen grandes retos y oportunidades de mejorar los procesos en búsqueda de una mejor eficiencia. Una de las etapas más importantes y críticas es la concentración de minerales mediante el uso de celdas de flotación. El control efectivo de este proceso permite obtener niveles adecuados e importantes de grado y recuperación en el concentrado de mineral. En el caso de las celdas de flotación tipo columna, el comportamiento es multivariable y muy dinámico por ser dependiente de los cambios de las características del mineral que se procesa y de las perturbaciones de la planta. Es ampliamente conocido que el control predictivo basado en modelos constituye una poderosa herramienta de control de plantas multivariable que presentan un comportamiento dinámico complejo como en el caso de la celda de flotación tipo columna. Es por esto, que el objetivo en la tesis es diseñar un controlador predictivo generalizado (GPC) multivariable para el control efectivo de una celda de flotación tipo columna utilizada en el proceso de recuperación de cobre. El modelo matemático obtenido tiene un grado de aceptación FIT superior a 80%. Se realizaron evaluaciones comparativas del sistema de control de la celda de flotación tipo columna, con los controladores GPC multivariable y PI diseñados considerando diferentes escenarios de operación e índices de desempeño. Se determinó que, el mejor desempeño del sistema de control se obtiene cuando se aplica el controlador GPC multivariable diseñado.Tesi

Desarrollo y propuesta de implementación práctica de un sistema de control avanzado de un motor de combustión interna Nissan GA-15

Los motores de combustión interna (MCI) se caracterizan por ser agentes emisores de gases de efecto invernadero, los cuales tienen un impacto negativo sobre el medio ambiente, por lo que en la actualidad resulta necesario lograr mejorar la eficiencia mediante la reducción del consumo de combustible en este tipo de equipos. En tal sentido, el presente trabajo tiene como propósito desarrollar investigaciones que posibiliten mejorar la eficiencia y reducir la contaminación ambiental de los motores de combustión interna mediante el desarrollo de estrategias efectivas de control automático. Es por ello que en el presente trabajo se desarrolla el diseño de un controlador basado en un predictor de Smith discreto para el control efectivo de la velocidad de un motor de combustión interna (MCI), marca Nissan, modelo GA-15. En el trabajo se realiza un estudio sobre el estado del arte de los sistemas de control de los motores de combustión interna. Mediante la aplicación de las herramientas de identificación de sistemas se obtiene un modelo matemático discreto de este tipo de plantas. Se realiza el diseño de un sistema de control de la velocidad de giro del cigüeñal de un MCI marca Nissan modelo GA-15 instalado en la sala de máquinas térmicas del Laboratorio de Energía – Sección de Ingeniería Mecánica – Departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Finalmente, se desarrolla un análisis de robustez del sistema de control diseñado y se realiza una propuesta de implementación de dicho sistema.Tesi

On the Modelling and Control of a Laboratory Prototype of a Hydraulic Canal Based on a TITO Fractional-Order Model

In this paper a two-input, two-output (TITO) fractional order mathematical model of a laboratory prototype of a hydraulic canal is proposed. This canal is made up of two pools that have a strong interaction between them. The inputs of the TITO model are the pump flow and the opening of an intermediate gate, and the two outputs are the water levels in the two pools. Based on the experiments developed in a laboratory prototype the parameters of the mathematical models have been identified. Then, considering the TITO model, a first control loop of the pump is closed to reproduce real-world conditions in which the water level of the first pool is not dependent on the opening of the upstream gate, thus leading to an equivalent single input, single output (SISO) system. The comparison of the resulting system with the classical first order systems typically utilized to model hydraulic canals shows that the proposed model has significantly lower error: about 50%, and, therefore, higher accuracy in capturing the canal dynamics. This model has also been utilized to optimize the design of the controller of the pump of the canal, thus achieving a faster response to step commands and thus minimizing the interaction between the two pools of the experimental platform

On the Modelling and Control of a Laboratory Prototype of a Hydraulic Canal Based on a TITO Fractional-Order Model

In this paper a two-input, two-output (TITO) fractional order mathematical model of a laboratory prototype of a hydraulic canal is proposed. This canal is made up of two pools that have a strong interaction between them. The inputs of the TITO model are the pump flow and the opening of an intermediate gate, and the two outputs are the water levels in the two pools. Based on the experiments developed in a laboratory prototype the parameters of the mathematical models have been identified. Then, considering the TITO model, a first control loop of the pump is closed to reproduce real-world conditions in which the water level of the first pool is not dependent on the opening of the upstream gate, thus leading to an equivalent single input, single output (SISO) system. The comparison of the resulting system with the classical first order systems typically utilized to model hydraulic canals shows that the proposed model has significantly lower error: about 50%, and, therefore, higher accuracy in capturing the canal dynamics. This model has also been utilized to optimize the design of the controller of the pump of the canal, thus achieving a faster response to step commands and thus minimizing the interaction between the two pools of the experimental platform

Diseño de un GPC con Restricciones Basado en un Modelo ANFIS para el Control del Proceso de Neutralización del pH en los Efluentes Residuales de una Planta Concentradora de Minerales Polimetálicos

Actualmente, la necesidad de proteger los recursos hídricos debido a la explotación indiscriminada y altos índices de contaminación ha obligado a la comunidad científica a buscar soluciones que posibiliten mitigar estas prácticas. El agua potable constituye un recurso vital que se encuentra en crisis. Para su protección se han creado organizaciones que fiscalizan su uso en las industrias, agricultura y minería. Se busca alternativas de solución de este problema para evitar pérdidas de vidas humanas y económicas, y/o conflictos sociales. En esta tesis se investiga la problemática relacionada con el control efectivo del proceso de neutralización del pH en los efluentes residuales de una planta concentradora de minerales polimetálicos, lo cual posibilita reutilizar el agua, evitando la contaminación de los lagos y/o lagunas cercanas con las aguas resultantes del proceso minero. Se desarrolla el diseño de un controlador predictivo generalizado (GPC) basado en un modelo con arquitectura adaptativa de inferencia neuro-difusa (ANFIS - Adaptive Neuro Fuzzy Inference System), es decir un controlador GPC-ANFIS. Considerando la alta no linealidad que presenta el comportamiento dinámico de la planta objeto de estudio, la arquitectura ANFIS posibilita obtener una cierta cantidad de modelos lineales en todo el rango de operación de dicha planta, es decir se divide el comportamiento dinámico de la planta en determinados modelos lineales, y cada uno de estos modelos forma parte de la estructura del controlador GPC-ANFIS. El controlador que se diseña presenta restricciones en el incremento de la señal de control, para lo cual se utiliza un algoritmo de programación cuadrática sujeta a restricciones, lo que posibilita el funcionamiento de la planta dentro de los límites de variación del pH requeridos (entre 7 – 8). Finalmente, se realiza un análisis de robustez del controlador diseñado, así como una propuesta de su implementación práctica.Tesi

Entropy in Dynamic Systems

In order to measure and quantify the complex behavior of real-world systems, either novel mathematical approaches or modifications of classical ones are required to precisely predict, monitor, and control complicated chaotic and stochastic processes. Though the term of entropy comes from Greek and emphasizes its analogy to energy, today, it has wandered to different branches of pure and applied sciences and is understood in a rather rough way, with emphasis placed on the transition from regular to chaotic states, stochastic and deterministic disorder, and uniform and non-uniform distribution or decay of diversity. This collection of papers addresses the notion of entropy in a very broad sense. The presented manuscripts follow from different branches of mathematical/physical sciences, natural/social sciences, and engineering-oriented sciences with emphasis placed on the complexity of dynamical systems. Topics like timing chaos and spatiotemporal chaos, bifurcation, synchronization and anti-synchronization, stability, lumped mass and continuous mechanical systems modeling, novel nonlinear phenomena, and resonances are discussed