Estrategia anti-windup por recálculo y seguimiento en controladores PID difusos directos

Anti-Windup Strategy Based on Back Calculation and Tracking Applied to Direct PID Fuzzy Controllers

Recientemente,los controladores PID difusos directos han venido adquiriendo importancia en aplicaciones de procesos continuos con orientación industrial, debido a que pueden reemplazar directamente el PID convencional dentro del lazo de control y a que su comportamiento no lineal presenta un adecuado desempeño en tareas de control aplicadas a procesos no lineales. Sin embargo,todos los controladores PID son afectados por el fenómeno denominado windup,el cual degrada el desempeño del controlador debido a la saturación de los actuadores a causa de la acumulación de error en la componente integral. En este artículo se presenta una propuesta de esquema antiwindup basado en cálculo y seguimiento, para el cual se calcula la constante de seguimiento a través de los parámetros de sintonización del controlador PID difuso. El método de sintonización empleado para este documento consiste en el ajuste de la superficie de control por medio de las ganancias de escala de las arquitecturas consideradas. Adicionalmente,la validación del desempeño del método anti-windup propuesto se realiza por medio de un análisis comparativo con otras técnicas clásicas que permiten evitar este fenómeno. La estrategia planteada muestra un desempeño adecuado frente a cambios en la referencia y rechazo a perturbaciones sin ajustar parámetros adicional a las ganancias de escala; así mismo, el análisis del esfuerzo de control indica que la estrategia sugerida produce acciones de control menores que en los otros casos considerados. Por lo tanto,debido a la creciente popularidad de los sistemas difusos en la industria y a simplicidad de algunos métodos de diseño,la estrategia propuesta puede ser fácilmente implementable en diferentes reguladores industriales.

I. INTRODUCCIÓN

Muchas técnicas de control orientadas a procesos industriales continuos que han sido reportadas en los últimos años muestran ventajas en lo referente al desempeño del sistema de control. No obstante, los controladores PID son, sin ninguna duda, los más utilizados en ambientes industriales, debido principalmente a su relación costo-beneficio, la cual es muy deseable en el control de procesos continuos con orientación industrial.

En contraste, los controladores PID convencionales, a causa de su carácter lineal, presentan limitaciones frente a plantas no lineales, casos en los cuales es necesario el uso de controladores que tengan características no lineales en su respuesta. Entre muchas propuestas reportadas en la literatura, una de las opciones que viene atrayendo la atención de los investigadores son los controladores PID difusos directos (FLCPID)[1],debido a que este tipo de controladores reemplaza directamente el PID convencional dentro del lazo de control y hoy en día pueden implementarse en cualquier dispositivo de cómputo actual.