Estrategias Avanzadas de Control para Procesos Industriales

Control Feed-forward: Anticipación a Perturbaciones

Planteamiento del Problema

Se presentan dos escenarios comunes en el control de procesos:

• Se tiene una válvula con una apertura que varía con el tiempo. ¿Qué solución se podría proponer para contrarrestar los efectos de la variación?
• El control de una unidad presenta un funcionamiento deficiente que se relaciona con la variabilidad del punto de trabajo de la misma. Proponer una posible solución al problema.

Solución con Control Feed-forward

Un controlador feed-forward es un tipo de control basado en una “realimentación hacia adelante”, a diferencia del control feed-back, donde la realimentación se realiza “hacia atrás”.

Lo que se pretende con este tipo de controladores es que el sistema se adelante a los efectos que producen las perturbaciones o cambios en el set-point o en la salida, y se puedan compensar para que su efecto sobre el sistema sea nulo.

Así, según sea el origen de las perturbaciones, podemos distinguir dos esquemas de control feed-forward:

• Compensar entrada: Diseñado para compensar las variaciones en la entrada del proceso.
• Compensar salida: Utilizado para compensar las perturbaciones que afectan directamente a la salida. Este esquema es mucho más utilizado que el anterior y requiere que las perturbaciones sean medibles.

Control en Cascada para un Reactor Batch

El Riesgo de Excursión Térmica

De acuerdo con la Ecuación de Arrhenius y los balances de energía y de materia, si la temperatura en un reactor batch alcanza un determinado valor, la cantidad de energía generada en el reactor será tan elevada que podría producir su explosión.

Implementación del Control en Cascada

Una posible solución para controlar este fenómeno es realizar un control en cascada. El objetivo de este control sería hacer que modificaciones grandes en la temperatura del fluido de la camisa no modifiquen enormemente la temperatura del reactor, aportando así una mayor estabilidad y seguridad al proceso.

Control Predictivo: Optimización Futura del Proceso

Los Sistemas de Control Predictivo son sistemas de control que permiten manipular las variables para establecer una trayectoria deseada en el futuro. En primer lugar, se analiza la dinámica del sistema para conocer cuál es la entrada que hemos de introducir para obtener una salida determinada.

El control predictivo utiliza un modelo explícito para predecir la salida del proceso en instantes futuros, mediante el uso de algoritmos para el cálculo de señales de control, minimizando una cierta función objetivo.

Control Predictivo Basado en Modelo (MPC)

El tipo de control predictivo tratado es el Control Predictivo Basado en Modelo. Se puede definir como una estrategia de control que se basa en la utilización de forma explícita de un modelo matemático interno del proceso a controlar (modelo de predicción), el cual se utiliza para predecir la evolución de las variables a controlar.