Controlador adaptivo-predictivo: Simulaciones para procesos con dinámicas variantes en el tiempo y su aplicación para el control de temperatura en un intercambiador de calor-Edición Única

Con este trabajo de tesis, presentado como requisito parcial para la obtención del grado académico Maestro en Ciencias con Especialidad en Automatización, se busca evaluar el grado de mejora en el desempeño de un sistema de control usando esquemas de Control Adaptivo-Predictivo comparado con control PID aplicado a procesos no-lineales y/o variantes en el tiempo. Primeramente, en el presente trabajo se presentan los fundamentos teóricos del control adaptivo-predictivo y el algoritmo que se deriva de estas formulaciones. Adicionalmente, se muestran los diagramas de flujo de dicho algoritmo y un ejemplo numérico donde se explican, de forma detallada, las operaciones matemáticas que se ejecutan en cada instante para el cálculo de la señal de control. La implementación computacional del sistema de control se desarrollo en Labview versión 8.0, y permite simular procesos de primer y segundo orden lineales así como procesos de fase no-mínima sin necesidad de programar. Además, permite la comunicación con un proceso real mediante un modulo de entradas/salidas análogas. Se hacen simulaciones computacionales que cubren un abanico muy amplio de experimentos que tienen como finalidad mostrar que el controlador adaptivo-predictivo es capaz de controlar una gran variedad de procesos sin necesidad de tener conocimiento a priori exacto de los mismos y que puede lidiar con procesos que se le dificultan a controladores convencionales como son: procesos de fase no-mínima y procesos con dinámica variable. Las simulaciones se complementan con la aplicación del sistema de control adaptivo-predictivo a un proceso real, específicamente, un intercambiador de calor de tubos y coraza localizado en uno de los laboratorios del Departamento de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Dicho proceso presenta características no-lineales y su comportamiento dinámico varia al cambiar de punto de operación y/o introducir variaciones en flujo del agua que entra al sistema. Para finalizar, se hace una comparación entre el esquema adaptivo-predictivo y el esquema de control convencional con mayor posicionamiento a nivel industrial; el controlador Proporciona-Integral- Derivativo o Proportional-Integral-Derivative (PID por sus siglas en ingles) para los experimentos en simulación y el control del intercambiador.