Análisis comparativo de controladores clásicos versus controladores avanzados aplicados a una planta real de control de nivel de dos tanques no interactivos bajo la plataforma de LABVIEW

Abstract

En este proyecto de graduación se desarrolla un análisis comparativo entre el controlador clásico de la familia PID y un controlador basado en lógica difusa aplicados específicamente a una planta de control de nivel de dos tanques en cascada no interactivos con la finalidad de establecer ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas de control mencionados. La planta de control de nivel fue construida con propósito educativo y con elementos comercializados a nivel local. Esta planta está compuesta por dos tanques cúbicos dispuestos en cascada uno encima del otro. El control del flujo se lo realiza mediante el control de la velocidad del motor eléctrico de una bomba centrifuga de 1/2 HP trifásica, haciendo uso de un variador de frecuencia. Las adquisiciones de los datos del nivel se realizan mediante un transmisor de presión diferencial y una tarjeta de adquisición de datos de National Instrument. Los datos, así como el diseño de los controladores se realizo bajo la plataforma de LabVIEW y los Toolkits System Identification, Fuzzy System Designer y Control Design and Simulation que ofrece el mismo software. El análisis comparativo se baso en el desempeño de cada controlador frente a tres criterios principales como son el seguimiento de la consigna de nivel tratando de lograr el menor error de estado estable posible, una buena respuesta frente a perturbaciones propias de la planta como son los cambios de la demanda en alguno de los tanques y por último el poder lograr una respuesta de control lo más suave posible a fin de evitar el sobre esfuerzo del elemento de actuación final que en nuestro caso es el motor de la bomba. De las experiencias y prácticas realizadas en la planta real se puede establecer las siguientes comparaciones: vii  Los controladores de la familia PI presentan respuestas rápidas frente a los cambios de consigna, pero el error en estado estacionario incrementa a medida que se aleja del punto de operación. Los controladores difusos son un poco más lentos, pero tratan de mantener el error siempre en el menor valor posible.  Los controladores difusos presentan un buen comportamiento frente a perturbaciones de carga directas en el tanque a controlar. Así mismo los controladores difusos logran recuperarse de las perturbaciones, pero con ligero costo de tiempo en comparación con los PI.  La salida de control de la familia PI presenta cambios bruscos y tiende a trabajar en saturación las señales de control, lo que implica posibles daños a futuro en los elementos actuadores y por ende disminución de su vida útil. Los controladores difusos ofrecen una salida de control suave, sin muchas variaciones, permitiendo que los actuadores puedan trabajar en valores dentro de los nominales