Prototipo de maqueta y diseño de control de temperatura en simulación y microcontrolador dspic mediante representación en espacio de estados

Prototype scale model and design of temperature control in simulation and microcontroller dspic using state space representation

Este artículo es el resultado de la investigación "Controladores en simulación de investigación no asociada a un proyecto institucional" desarrollada en 2012 por la Universidad Pontificia Bolivariana en Medellín, Colombia. En él se describe el desarrollo de un sistema de control de temperatura en un prototipo a escala de una pequeña cavidad; se analiza el método de control en simulación y se demuestra cómo implementar el algoritmo en un microcontrolador DSPIC utilizando representación en espacio de estados y control de potencia por etapa.

1. INTRODUCCIÓN

En el estudio de los sistemas de ingeniería de control, se presentan los temas de análisis y síntesis de sistemas de control en tiempo continuo y en tiempo discreto. El presente proyecto se centra precisamente en un sistema de control en tiempo continuo, en el cual se controla la temperatura de una cavidad a escala usando espacio de estados (continuo y discreto), y finalmente es validado tanto en simulación, como en la implementación con un microcontrolador dsᴘɪᴄ.

Si bien actualmente existen diversos sistemas de control de temperatura, los métodos clásicos tales como el pid (proporcional, integral y derivativo), siguen vigentes en el mercado de desarrollo de controladores. Al realizarse una vigilancia tecnológica, se encuentra que, en el mercado o en el ámbito investigativo, existen diversos métodos de control de temperatura, los cuales han permitido nuevos desarrollos tecnológicos para el control de procesos y las telecomunicaciones, entre otros. Como casos particulares, están el control difuso y el control ɴɴ-ᴘɪᴅ (del inglés Neural Network-ᴘɪᴅ).

1.1 Control difuso

El control difuso ha sido utilizado en diversas aplicaciones que requieren un control de temperatura. En el caso que se describe, se ha identificado su utilidad para el control fino de temperatura, en el que se controla un cooler termoeléctrico.  Los trabajos de Aly y Abo [1] han diseñado un control de temperatura difuso que permite garantizar una pre-cisión de ±0,0045°C, indiferente del tipo de carga y de variaciones en el ambiente. El diagrama de bloques de este desarrollo se muestra en la figura 1. En la figura 2, se muestra la superficie de control obtenida con las reglas de decisión que se emplean en el análisis del sistema a nivel comparativo. A diferencia del ᴘɪᴅ, se emplean reglas difusas para el control del sistema.