Diseño e implementación de un controlador PID de ganancia programada usando técnicas de inteligencia artificial
En este trabajo se analizan tres estrategias nuevas de control que mejoran la respuesta del sistema y se comparan con el control PID clásico. La eficiencia del controlador PID depende únicamente de sus ganancias Kp, Ki y Kd. Por ello, las estrategias mejoran el proceso de control al encontrar las...
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| Other Authors: | |
| Format: | bachelorThesis |
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| Published: |
Universidad de Cuenca
2023
|
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| author | Criollo Gordillo, Michael Alexander |
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| description | En este trabajo se analizan tres estrategias nuevas de control que mejoran la respuesta del
sistema y se comparan con el control PID clásico. La eficiencia del controlador PID depende
únicamente de sus ganancias Kp, Ki y Kd. Por ello, las estrategias mejoran el proceso de
control al encontrar las ganancias óptimas de manera programada. Estos algoritmos se basan
en técnicas de inteligencia artificial como la lógica difusa, recocido simulado y el método de
búsqueda A*, dando lugar a los controladores FGS-PID, SA-PID y A*-PID. Los algoritmos de
control son probados en MATLAB y adaptados para su correcto funcionamiento sobre el sis-
tema embebido STM32 núcleo-144 para controlar el nivel de agua de un sistema multitanque.
Para ello, se realizan distintas pruebas de funcionamiento en simulaciones y sobre el sistema
real, donde se evalúa la respuesta de la planta ante cambios de referencia, utilizando como
índice de desempeño el tiempo de estabilización y porcentaje de sobreimpulso. Asimismo, se
comprueba la operación del sistema de control, introduciendo posibles fallas en la planta a tra-
vés de fugas en los tanques provocados por un agujero en el fondo. Finalmente, los resultados
muestran la efectividad de los algoritmos al reducir el tiempo de estabilización y sobreimpulso
en la respuesta del sistema multitanque, además de agregar cierta tolerancia a fallas en el
sistema. Lo anterior permite el seguimiento de la referencia en presencia de fallas, lo cual no
se consigue con el sistema de control PID clásico. |
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| publishDate | 2023 |
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| spelling | oai:dspace.ucuenca.edu.ec:123456789-413712023-03-08T19:04:49Z Diseño e implementación de un controlador PID de ganancia programada usando técnicas de inteligencia artificial Criollo Gordillo, Michael Alexander Minchala Ávila, Luis Ismael Electrónica Simuladores Programación Inteligencia artificial En este trabajo se analizan tres estrategias nuevas de control que mejoran la respuesta del sistema y se comparan con el control PID clásico. La eficiencia del controlador PID depende únicamente de sus ganancias Kp, Ki y Kd. Por ello, las estrategias mejoran el proceso de control al encontrar las ganancias óptimas de manera programada. Estos algoritmos se basan en técnicas de inteligencia artificial como la lógica difusa, recocido simulado y el método de búsqueda A*, dando lugar a los controladores FGS-PID, SA-PID y A*-PID. Los algoritmos de control son probados en MATLAB y adaptados para su correcto funcionamiento sobre el sis- tema embebido STM32 núcleo-144 para controlar el nivel de agua de un sistema multitanque. Para ello, se realizan distintas pruebas de funcionamiento en simulaciones y sobre el sistema real, donde se evalúa la respuesta de la planta ante cambios de referencia, utilizando como índice de desempeño el tiempo de estabilización y porcentaje de sobreimpulso. Asimismo, se comprueba la operación del sistema de control, introduciendo posibles fallas en la planta a tra- vés de fugas en los tanques provocados por un agujero en el fondo. Finalmente, los resultados muestran la efectividad de los algoritmos al reducir el tiempo de estabilización y sobreimpulso en la respuesta del sistema multitanque, además de agregar cierta tolerancia a fallas en el sistema. Lo anterior permite el seguimiento de la referencia en presencia de fallas, lo cual no se consigue con el sistema de control PID clásico. This paper analyzes three new control strategies that improve system response and its com- parison with classic PID control. The efficiency of the PID controller depends only on its gains Kp, Ki and Kd. Therefore, the strategies improve the control process by finding the optimal gains through the programed algorithm. The programmed gain control algorithms are based on artificial intelligence techniques such as fuzzy logic, the simulated annealing algorithm and the A* search method, resulting in the FGS-PID, SA-PID and A*-PID controllers. The control algorithms are tested in MATLAB and adapted on the STM32 core-144 embedded system, with the objective of controlling the water level of a multitank system. For this purpose, different performance tests are carried out in simulations and on the real system where the response of the plant to reference changes is evaluated. In addition, the settling time and percentage of overshoot are used as performance indexes. Also, the operation of the control system is tested by introducing possible failures in the plant, such as through leaks in the tanks caused by a hole in the bottom. Finally, the results show the effectiveness of the algorithms in reducing the settling time and overshoot in the response of the multitank system, furthermore, adding some tolerance to failures in the system. The aforementioned results allow the tracking of the reference in the presence of faults, which is not achieved with the classical PID control system. 0000-0003-0822-0705 Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones Cuenca 2023-03-08T12:58:01Z 2023-03-08T12:58:01Z 2023-03-07 bachelorThesis http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/41371 spa TET;130 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ openAccess application/pdf 172 páginas application/pdf Universidad de Cuenca |
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