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Páginas: 13 (3028 palabras)
Publicado: 2 de febrero de 2011
DISEÑO DE UN CONTROLADOR PID DIFUSO APLICADO EN UN HORNO ROTATORIO PARA PRODUCIR CARBÓN ACTIVADO
Roberto Moreno, Patricia Aros, Jean Ribet Facultad de Ingeniería, Ciencia y Administración, Universidad de La Frontera, Av. Francisco Salazar 01145, Temuco, Chile.
Resumen— El siguiente trabajo presenta el diseño de un controlador PID difuso, a partir de la sintonía de un controlador PIDconvencional basado en la regularización del proceso de activación del carbón en un horno rotatorio. La alta no linealidad del proceso sugiere la implementación de un controlador no lineal que pueda acomodarse a la dinámica de la planta. Se comparan las respuestas obtenidas por ambos controladores: clásico y difuso. Palabras Clave— Control difuso, controlador PID, base de reglas, conjuntos difusos.
1.INTRODUCCIÓN
El trabajo presenta el diseño de un controlador PID difuso a partir de la sintonía de un controlador PID convencional para aplicarse en la regularización del proceso de activación del carbón. El control difuso surge como una alternativa innovadora a los conceptos clásicos de control y modelamiento de sistemas. El hecho de usar descripciones lingüísticas y una base de reglas queabarcan el conocimiento global del sistema simula la supervisión basada en la experiencia y el sentido común que un experto tendría sobre el proceso, proveyendo de esta forma, una acción de control que, al contrario de obedecer la demanda de una relación lineal, se ajusta a la situación particular de la planta. Se prueban y comparan los controladores a partir de los resultaos por simulaciónentregados por el simulador.
El carbón activado es un absorbente muy versátil debido al tamaño, a la distribución de sus poros en la estructura carbonosa y una alta superficie interna. Sus propiedades absorbentes lo hacen útil en múltiples aplicaciones, destacándose su uso en las plantas de tratamiento de agua como filtro para la purificación de ésta. La carbonización y la activación se realizan endistintos tipos de horno, principalmente hornos rotatorios construidos en acero y materiales refractarios para soportar las altas temperaturas de activación. La activación es un proceso altamente endotérmica e involucra la reacción de gasificación del carbón dentro de la partícula, con vapor de agua, a temperaturas entre 800 y 1100 ºC [1]. El modelo del horno se encuentra en estado estacionario enOrtiz [1] y en estado dinámico se desarrollo un simulador en ambiente Simulink por Ortiz, Suárez y Aros [2] que se obtuvo a partir de los balances de masa y energía del sistema. Este simulador representa la planta a controlar. Dentro de los mecanismos de control básico, el controlador PID es el más difundido en la práctica del área del control automático, tendencia que parece fortalecerse a pesardel paso de los años, esto principalmente debido a su robustez, costo y fácil calibración [3]. En [4] se presenta el diseño de un esquema de control regulatorio para un horno rotatorio piloto; donde se ha considerado controladores de la familia PID por la facilidad de sintonía. El desempeño del esquema se prueba vía simulación utilizando el simulador dado en [2].
2.
MODELO DEL HORNO
Elhorno piloto es cilindro de 0.30 [m] de diámetro interno y 3.7 [m] de longitud que gira respecto de su eje longitudinal entre 1 – 3 [rpm]. El horno actúa como un intercambiador de calor entre el gas de calentamiento y el material sólido. Las variables de control del horno son siete: velocidad de giro de horno, caudal de material sólido (Qs), caudal de humedad en el material sólido(Qh), temperatura dela pared interna (Tw), temperatura del sólido (Ts), el caudal de gas de calentamiento(Qg) y temperatura del gas de calentamiento (Tg). El lecho sólido es ingresado por la parte frontal del horno a una razón de 0.0033 [Kg/s], con una temperatura inicial de 300 [K] y con un porcentaje de humedad del 5 al 10 %. El gas de calentamiento ingresa por la parte posterior del horno con temperaturas que...
Roberto Moreno, Patricia Aros, Jean Ribet Facultad de Ingeniería, Ciencia y Administración, Universidad de La Frontera, Av. Francisco Salazar 01145, Temuco, Chile.
Resumen— El siguiente trabajo presenta el diseño de un controlador PID difuso, a partir de la sintonía de un controlador PIDconvencional basado en la regularización del proceso de activación del carbón en un horno rotatorio. La alta no linealidad del proceso sugiere la implementación de un controlador no lineal que pueda acomodarse a la dinámica de la planta. Se comparan las respuestas obtenidas por ambos controladores: clásico y difuso. Palabras Clave— Control difuso, controlador PID, base de reglas, conjuntos difusos.
1.INTRODUCCIÓN
El trabajo presenta el diseño de un controlador PID difuso a partir de la sintonía de un controlador PID convencional para aplicarse en la regularización del proceso de activación del carbón. El control difuso surge como una alternativa innovadora a los conceptos clásicos de control y modelamiento de sistemas. El hecho de usar descripciones lingüísticas y una base de reglas queabarcan el conocimiento global del sistema simula la supervisión basada en la experiencia y el sentido común que un experto tendría sobre el proceso, proveyendo de esta forma, una acción de control que, al contrario de obedecer la demanda de una relación lineal, se ajusta a la situación particular de la planta. Se prueban y comparan los controladores a partir de los resultaos por simulaciónentregados por el simulador.
El carbón activado es un absorbente muy versátil debido al tamaño, a la distribución de sus poros en la estructura carbonosa y una alta superficie interna. Sus propiedades absorbentes lo hacen útil en múltiples aplicaciones, destacándose su uso en las plantas de tratamiento de agua como filtro para la purificación de ésta. La carbonización y la activación se realizan endistintos tipos de horno, principalmente hornos rotatorios construidos en acero y materiales refractarios para soportar las altas temperaturas de activación. La activación es un proceso altamente endotérmica e involucra la reacción de gasificación del carbón dentro de la partícula, con vapor de agua, a temperaturas entre 800 y 1100 ºC [1]. El modelo del horno se encuentra en estado estacionario enOrtiz [1] y en estado dinámico se desarrollo un simulador en ambiente Simulink por Ortiz, Suárez y Aros [2] que se obtuvo a partir de los balances de masa y energía del sistema. Este simulador representa la planta a controlar. Dentro de los mecanismos de control básico, el controlador PID es el más difundido en la práctica del área del control automático, tendencia que parece fortalecerse a pesardel paso de los años, esto principalmente debido a su robustez, costo y fácil calibración [3]. En [4] se presenta el diseño de un esquema de control regulatorio para un horno rotatorio piloto; donde se ha considerado controladores de la familia PID por la facilidad de sintonía. El desempeño del esquema se prueba vía simulación utilizando el simulador dado en [2].
2.
MODELO DEL HORNO
Elhorno piloto es cilindro de 0.30 [m] de diámetro interno y 3.7 [m] de longitud que gira respecto de su eje longitudinal entre 1 – 3 [rpm]. El horno actúa como un intercambiador de calor entre el gas de calentamiento y el material sólido. Las variables de control del horno son siete: velocidad de giro de horno, caudal de material sólido (Qs), caudal de humedad en el material sólido(Qh), temperatura dela pared interna (Tw), temperatura del sólido (Ts), el caudal de gas de calentamiento(Qg) y temperatura del gas de calentamiento (Tg). El lecho sólido es ingresado por la parte frontal del horno a una razón de 0.0033 [Kg/s], con una temperatura inicial de 300 [K] y con un porcentaje de humedad del 5 al 10 %. El gas de calentamiento ingresa por la parte posterior del horno con temperaturas que...
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