Control digital de nivel para sistema de tanques interconectados mediante servo-válvula

Digital control for interconnected tank system by motor-valve–automatic control

En este artículo se presenta el desarrollo e implementación del control de nivel de un sistema de tanques interconectados, utilizando una servo-válvula como elemento actuador y un medidor de nivel como elemento sensor. La implementación del controlador digital se realiza utilizando Matlab , mediante una tarjeta de adquisición de datos de National Instruments (NI). Los controladores implementados son PID y algebraico.

INTRODUCCIÓN

Uno de los procesos más utilizados en la industria es el control de nivel de sustancias en tanques, este proceso tiene gran importancia en sistemas de concentración, tanques de mezcla, procesos de fundición, etc. En este caso, la variable es elnivel de uno de los tanques del sistema de tanques interconectados por medio de la servo-válvula, además de valernos de herramientas como Matlab para realizar análisis y simulaciones del proceso a controlar y las diversas formas de hacerlo.

Los sistemas de nivel son muy importantes para laindustria, en donde se emplean para controlar mezclas para reacciones químicas y almacenamiento de sustancias en la producción de bebidas, entre otros usos, A nivel académico, se han utilizado para el estudio y desarrollo de sistemas de control lineal y no Íineal, además de ser el sistema más sencillo de implementar para realizar comprobaciones y experimentos.

Este artículo se organiza como sigue: en la segunda sección, se presenta la descripción de la dinámica del sistema; en la tercera sección, se informazcerca de la implementación del sistemade tanques y la construcción de sus sensores, además de los debidos acondicionamientos de señal requeridos para la adquisición. En las siguientes se muestra la forma en la que serealizó la toma de la curva de reacción y su discretización, además de su respectivo análisis de estabilidad, controlabilidad y obser- vabilidad. Por último, se presentael diseño de los controladores digitales utilizados, con sus respectivas simulaciones y pruebas en el sistema de tanques, utilizando como base Simulink de Matlab.

2. MODELO EN ESPACIOS DE ESTADO DEL SISTEMA

En la figura 1 se puede observar el sistema de tanques interconectados al que se le va a obtener el modelo matemático en espacios de estado (h=Ah+BF₀), donde las variables de estado son las alturas de los tanques (h₁ y h₂) en las ecuaciones, y se entrega el modelo que describe la dinámica del sistema no lineal.