Resumen

Se presenta un simulador en ambiente Matlab/Simulink para controlar el proceso de fermentación,diseñando una ley de control invariante, luego un control estabilizante para mantener la planta dentrodel sistema de referencia y finalmente un control estabilizante mejorado con la implementación de uncontrolador difuso. El modelo Monod es utilizado y vía simulación se prueban las estrategias aludidaspara controlar la tasa de crecimiento específica de la biomasa. El control estabilizante aplicado essuperior a la ley invariante y con el PI difuso se logró mejorar el comportamiento en comparación conel PI tradicional.

INTRODUCCIÓN

En [1] se presentan varios modelos de biorreactores, donde se identifica que el problema real está dado en la escasez de medidas en línea. Además, la variable de estado dominante, como la concentración de sustrato en el medio, es muy difícil de medir. Otros problemas son la fuerte incertidumbre paramétrica y la presencia de no-linealidad significativa. Como consecuencia de esto, todos los reguladores aplicables deben utilizar la menor cantidad de medidas posibles y ser absolutamente robustos. La importancia de los diseños presentados en [1] es apoyada por un hecho dominante, existen dos modelos o estructuras estándares que representan por lo menos el 95% de todos los cultivos puros de interés industrial.

En este trabajo se investiga un modelo de fermentación lo suficientemente robusto para realizar un simulador en ambiente Matlab/Simulink para propósitos de control y, a la vez, desarrollar controladores que sean capaces de regular la tasa de crecimiento específica y aumentar la robustez ante variación de las entradas. Así, se presenta la siguiente estructura: se hace una breve descripción de la problemática general, luego se examina un conjunto de modelos matemáticos para biorreactores y sus funciones cinéticas más representativas, luego se describe el problema de control, junto con las entradas de control y las salidas medibles en el proceso, posteriormente se aborda el diseño de los controladores, después se discuten las pruebas realizadas con cada uno de los controladores implementados y se entregan las conclusiones generales del trabajo realizado.

MODELADO DE BIORREACTORES 

Modelos fenomenológicos

El crecimiento de microorganismos o biomasa (como las bacterias y levaduras) procede por el consumo de nutrientes apropiados o sustratos (carbono, nitrógeno, oxígeno), bajo condiciones medioambientales favorables (como la temperatura, pH y otros), ver [3-4]. Asociadas con el desarrollo celular, pero a menudo procediendo en un rango diferente, están las reacciones enzimo catalizadas en las cuales algunos reactantes son transformados en productos por la acción catalítica de enzimas intracelulares o extracelulares, los llamados metabolitos.

• Materias:Fermentación Controlador difuso Biomasa Simulador dinámico
• Subjects:Fermentation Fuzzy controller Biomass Dynamic simulator
• Palabras claves:Proceso de fermentación, modelo Monod, simulación, control estabilizante, control PI difuso.
• Keywords:Fermentation process, Monod model, simulation, stabilizing control, fuzzy PI control.