Estudio del comportamiento de un control MPC (control predictivo basado en el modelo) comparado con un control PID en una planta de temperatura

Study on the performance of a MPC control (model predictive control) compared with a PID control on a temperature plant

Presenta un estudio comparativo entre el Control Predictivo basado en el Modelo [MPC] y el control PID, en una planta piloto de temperatura. Se encontró que el control MPC presenta mejor comportamiento, con un tiempo de asentamiento de 1000 segundos y una sobre-elongación de 5 °C, y que el PID presenta un tiempo de asentamiento de 2000 segundos y una sobre-elongación de 40 °C. Simultáneamente, se presenta una forma alternativa para controlar y monitorear en tiempo real la variable temperatura; para ello se dispone de un computador de escritorio que utiliza el software MATLAB 7.1 y la herramienta Real-Time Windows Target.

I. INTRODUCCIÓN

El control automático ha desempeñado un papel importante en el avance de la ingeniería y la ciencia; dada su gran importancia en diferentes sistemas, tales como vehículos espaciales y guiado de misiles y robots, el control se ha convertido en parte integral de los procesos modernos industriales y de fabricación. Por ejemplo, el control automático es fundamental para el control de presión, temperatura, humedad, viscosidad, nivel y caudal en las industrias de control de procesos, para mejorar la productividad y simplificar el trabajo de muchas operaciones manuales repetitivas y rutinarias, consiguiendo con esto un comportamiento óptimo de los sistemas [1].

Numerosos estudios han investigado el desempeño de los controladores predictivos basados en el modelo MPC [2-3]. Salcedo y Correa [2] diseñaron un simulador para control predictivo, versión modular, que también permite configurar estrategias de control PID convencionales. Gómez y Correa [3] implementaron un sistema de control predictivo multivariable en un horno y lograron incrementar su eficiencia y la vida útil de sus componentes. En algunos sistemas físicos existe un retardo importante entre la acción y la respuesta del sistema; esto es típico de los sistemas de control de temperatura, debido principalmente a dos razones: la primera es que estos sistemas pueden tener una dinámica lenta propia de los sistemas térmicos; la segunda es debido al retardo de transporte, o tiempo muerto, producido principalmente por el sistema de tuberías que poseen la mayoría de ellos.

Durante mucho tiempo ha sido práctica común el análisis y diseño de sistemas de control lineales para el control de sistemas de temperatura utilizando un controlador de tipo Proporcional, Integral y Derivativo (PID) donde se han obtenido resultados aceptables [46].

El desempeño de un controlador PID para sistemas de control de temperatura puede mejorarse añadiendo una acción predictiva para compensar el retardo de la respuesta de este tipo de sistema.