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Título : Diseño de un controlador PID adaptativo para el control de concentración en un reactor químico de tanque agitado continuo, bajo un entorno de simulación Hardware in the Loop.
Autor : Moreno Carlosama, Oscar Leonardo
Director(es): Vallejo Vizuete, Henry Ernesto
Tribunal (Tesis): Zambrano Peréz, Víctor Daniel
Yánez Jácome, Cristian Andrés
Palabras claves : TECNOLOGÍA Y CIENCIAS DE LA INGENIERÍA;CONTROL AUTOMÁTICO;CONTROL ADAPTATIVO;CONTROLADOR ADAPTATIVO POR MODELO DE REFERENCIA;MODELO DE REFERENCIA;REGLA DEL MIT;HARDWARE IN THE LOOP (TECNICA);ARDUINO (TARJETA)
Fecha de publicación : dic-2018
Editorial : Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
Citación : Moreno Carlosama, Oscar Leonardo. (2018). Diseño de un controlador PID adaptativo para el control de concentración en un reactor químico de tanque agitado continuo, bajo un entorno de simulación Hardware in the Loop. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba.
Identificador : UDCTIPEC;20T01127
Abstract : The objective of this work was the design and implementation of an adaptive integral proportional controller (PID) by reference model for the control of the concentration of a continuous stirred tank chemical reactor through simulations in the Matlab® software and implementation through the Hardware in the Loop environment. It started with the establishment of the mathematical model of the plant, then it was linearized in a specific point by Taylor series to find the transfer function that best represents the system, later a classic PID controller was designed through Ziegler Nichols´ tuning method with a step type entrance. The adaptive PID controller by reference model was raised with the MIT law, where a second-order reference model was chosen that meets the characteristics required by the designer and an adaptation law that reduces the error between the reference model and the set point. The mathematical models of the plant, classic and adaptive controllers were simulated in the Simulink toolbox, where they were evaluated against different input signals, adding noise to the control loop. The implementation in the Hardware environment in the Loop consisted in programming the Arduino card Due directly from the PC with the Simulink toolbox, both for the model of the plant, as well as for the two controllers. These are connected through the analog inputs and outputs that have the Arduino card. To validate the operation of the controllers, the error was quantified through the Absolute Integral Error (AIE) technique, where it was shown that the adaptive PID controller by reference model generated a smaller amount of error optimizing the operating variables of the chemical reactor of the stirred tank. It is advisable to analyze the controllers designed to interact with real plants in the industry.
Resumen : El presente trabajo tuvo como objetivo el diseño e implantación de un controlador PID adaptativo por modelo de referencia para el control de concentración de un reactor químico de tanque agitado continuo mediante simulación en el software Matlab® e implementación a través del entorno Hardware in he Loop. Se partió del establecimiento del modelo matemático de la planta, luego se linealizó en un punto específico mediante series de Taylor para encontrar la función de transferencia que mejor represente al sistema, posteriormente se diseñó un controlador PID clásico a través del método de sintonización de Ziegler-Nichols con una entrada tipo escalón. El controlador PID adaptativo por modelo de referencia se planteó con la ley MIT, donde se escogió un modelo de referencia de segundo orden que cumpla las características requeridas por el diseñador y una ley de adaptación que disminuya el error entre el modelo de referencia y el set point. Los modelos matemáticos de la planta, controladores clásico y adaptativo se simularon en el toolbox Simulink, donde se evaluaron ante diferentes señales de entrada, sumando ruido al lazo de control. La implementación en el entorno Hardware in the Loop consistió en la programación de la tarjeta Arduino Due directamente desde la PC con el toolbox Simulink, tanto para el modelo de la planta, así como para los dos controladores. Estos se conectan mediante las entradas y salidas analógicas que poseen la tarjeta Arduino. Para validar el funcionamiento de los controladores se cuantificó el error a través de la técnica de Error Integral Absoluto (IAE), donde se demostró que el controlador PID adaptativo por modelo de referencia generó menor cantidad de error optimizando las variables de funcionamiento del reactor químico de tanque agitado. Es recomendable analizar a los controladores diseñados al interactuar con plantas reales encontradas en la industria.
URI : http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/9335
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