control

SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL HÍBRIDO
Antonio Cembellín Sánchez
E.T.S.I.I. de Béjar (Universidad de Salamanca), cembe@usal.es
Avda. Fernando Ballesteros, 2. Béjar 37700 (Salamanca)

Resumen
Los sistemas dinámicos híbridos se caracterizan por
la interacción entre dinámicas continuas y discretas.
Los sistemas de control híbrido aparecen en el
control por computador de procesoscontinuos, como
por ejemplo, en procesos químicos y de fabricación.
El estudio de los sistemas de control híbrido es
esencial, por ejemplo, en el diseño de controladores
supervisores para sistemas continuos, y su
simulación ayudará a validarlos. Este trabajo
presenta un ejemplo de simulación de este tipo de
sistemas utilizando dos entornos: Simulink/Stateflow
y Ecosim.
Palabras Clave : controlhíbrido [1] [2] [3], modelo
DES [2] [3], controlador DES [2] [3].

1

INTRODUCCIÓN

El ejemplo más sencillo de un controlador supervisor
quizá sea el termostato que regula la temperatura en
nuestras casas. El controlador es realmente un
mecanismo de conexión-desconexión (switching) que
interacciona con la dinámica continua del calefactor
para contrarrestar el calor perdido y así mantenerla
temperatura dentro del rango deseado.
Otros ejemplos típicos de estos sistemas están
relacionados con la operación en plantas químicas
(procedimientos de puesta en marcha y parada,
mecanismos de seguridad ante fallos, control durante
la operación regular mediante la conmutación de
modos de operación diferentes, ...).
Se usan también para coordinar robots de interacción
múltiple, parael control de procesos de manufactura
y para coordinar la operación de vehículos
autónomos.
Una forma adecuada para representar los sistemas de
control híbrido se muestra en la figura siguiente [3]
[4] [5]:

CONTROLADOR

~
u [n ]

~[n ]
x

Actuador

INTERFAZ

u (t )

Generador

x (t )
PLANTA

Figura 1: Sistema de control híbrido
El proceso continuo, que se puede controlara su vez
con algunos controladores continuos, se identifica
como la planta y en general se describe mediante
ecuaciones diferenciales o en diferencias. El
controlador contiene un proceso de decisión discreto
que generalmente es un sistema de eventos discretos
(DES) descrito, por ejemplo, por un autómata finito.
La interfaz posibilita la comunicación entre cada uno
de estos procesos. Éstase ha elegido para ser
simplemente una partición del espacio de estados que
los divide en regiones que constituyen estados
cualitativos del proceso.
Se trata de una representación funcional adecuada
para el estudio matemático de estos sistemas
híbridos. En ciertos sistemas, este esquema
representa la arquitectura de control real y el
controlador, interfaz y planta se pueden identificar deuna forma natural. En otros sistemas, tal separación
no está tan clara y en este caso, esta representación se
usa principalmente para estudiar el sistema e
identificar sus propiedades más que para
implementar cualquier estrategia de control. Sin
embargo, una descripción como esta puede ser útil
para el análisis y puede conducir a una mejor
comprensión
de
propiedades
importantesrelacionadas con la interacción de dinámicas
continuas y discretas [3] [4].

2

TANQUES
ACOPLADOS:
MODELADO DEL SISTEMA

2.1

OBTENCIÓN
MATEMÁTICO

DEL

MODELO

El ejemplo de control híbrido considerado consiste en
el sistema formado por dos tanques acoplados [6]. Se
trata de un sistema que consta de dos depósitos
idénticos conectados por una tubería que puede
bloquearse medianteuna válvula. El depósito 1
puede alimentarse mediante una bomba y ambos
depósitos pueden vaciarse independientemente por
medio de una válvula cada uno. Todos estos
actuadores son de tipo todo / nada:
qp

2.2

MODELO
(DES)

EVENTOS

DISCRETOS

A diferentes alturas en cada tanque, se han colocado
sensores binarios (todo/nada) que se activan cuando
son alcanzados por el líquido....