Diseño y Validación de Algoritmos de Control Avanzado para un Separador Bifásico Virtualizado.

Abstract

En este proyecto de investigación se diseña y valida algoritmos de control avanzados para un separador bifásico virtualizado. Primero se diseña y valida la planta virtual inmersiva, para lo cual se proponen las siguientes etapas; i) obtención del modelo matemático del separador bifásico, ii) virtualización, y iii) diseño de tres estrategias de control implementadas en el software Matlab. El modelo matemático corresponde a un sistema con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), en donde las variables a controlar presión y nivel están correlacionadas, es necesario conocer su funcionamiento e identificar las variables de entrada, salida, manipuladas, controladas y elementos de control final. La virtualización del entorno industrial se realiza en el software Unity3D apoyado de herramientas de Diseño Asistido por Computador CAD, el ambiente virtual consta de la planta de separación, componentes de instrumentación y control, y elementos complementarios como avatar para la interacción, señalética de seguridad y cuarto de control, que permitirán una experiencia de usuario inmersiva realista. Para la integración de las estrategias de control con el modelo matemático y el ambiente virtualizado, se utilizó variables compartidas implementadas en Visual Studio. Se diseñan tres estrategias de control para las variables nivel y presión, dos PID uno por variable, un controlador Numérico y un Control Predictivo Basado en modelos MPC, los cuales son implementados en la planta virtual. Posteriormente se analiza y compara el desempeño de cada estrategia, evaluando máximo sobre impulso, error en estado estacionario, tiempo de establecimiento, y el desempeño de los actuadores. Para el análisis se plantean escenarios de operación que muestran el efecto de cambios de referencias y perturbaciones en la planta virtual. Los resultados obtenidos validan la funcionalidad de la planta virtual propuesta. Además, al comparar distintas estrategias de control se demuestra la potencialidad de los algoritmos de control avanzado en procesos multivariables no lineales en donde los controles tradicionales son menos eficientes.