Capítulo 14
Control multivariable: estructura descentralizada

14.1 Control multibucle

[447: ectmbControl multibucle (totalmente descentralizado): emparejamiento con metodología ganancia relativa (RGA) *** PIC 19:24

[448: fdtapmlControl multibucle: función de transferencia aparente (ejemplo Matlab) **** PIC 09:50

[449: mbmixCaso de estudio metodología ganancia relativa: control multibucle de un tanque de mezclado (Matlab) *** PIC 10:53

[450: mbmixawControl multibucle de un tanque de mezclado: dinámica actuador, saturación y antiwindup (Simulink) *** PIC 09:27

[451: niedeCriterio de emparejamiento de Niederlinksi, relación con RGA y ejemplo Matlab *** PIC 10:41

[452: niedepCriterio de emparejamiento de Niederlinksi: demostración **** PIC 12:35

14.1.1 Consideraciones adicionales sobre la matriz RGA

[453: rga2Matriz de ganancia relativa (RGA): propiedades adicionales *** PIC 11:00

[454: rgacondmRelación RGA, escalado y condicionamiento: ejemplo Matlab *** PIC 07:23

14.2 Prealimentación (Feedforward)

[455: ffintroPrealimentación (feedforward): conceptos básicos ** PIC 11:00

[456: fflinPrealimentación (disturbance feedforward) en modelos lineales *** PIC 10:43

[457: ffmalPrealimentacion multivariable: ideas preliminares (sencillas pero parcialmente incorrectas) *** PIC 08:57

[458: ffdecPrealimentación en modelos multivariables y relación con desacoplamiento **** PIC 08:55

14.2.1 Ejemplos y casos de estudio

[459: ffretPrealimentacion con retardo en efecto de perturbación: ejemplo Matlab **** PIC 11:40

[460: idffPerturbaciones medibles: identificación para feedforward (Matlab, procest) *** PIC 13:23

[461: ffex1Prealimentación estática: ejemplo Matlab/Simulink perturbaciones medibles *** PIC 07:10

[462: ffex2Feedforward (prealimentación) dinámico (1er ord.+retardo): ejemplo Matlab **** PIC 14:41

[463: ffex3Feedforward (prealimentación) dinámico (1er ord.+retardo): implementación Simulink *** PIC 09:34

14.3 Desacoplamiento

[464: ectdcEstructuras de control multivariable: Control por desacoplamiento (generalidades) ******* PIC 19:49

[465: desacinvDesacoplamiento inverso (inverted decoupling): justificación teórica *** PIC 10:56

[466: desacinvMDesacoplamiento inverso (inverted decoupling) en implementación matricial: ventajas e inconvenientes *** PIC 09:35

[467: desacinvFDesacoplamiento inverso en implementación con bloques SISO: ventajas e inconvenientes **** PIC 11:04

14.3.1 Caso de estudio: tanque de mezclado

[468: mixdecawTanque de mezclado, caso de estudio: control en cascada + desacoplamiento inverso + antiwindup **** PIC 11:40

[469: mixdecawSSimulación de Tanque de mezclado: multibucle y desacoplamiento inverso + antiwindup (Simulink) **** PIC 06:17

14.3.2 Desacoplamiento SVD

[470: dsvd1Desacoplamiento SVD (1): ideas básicas y diagrama de bloques **** PIC 12:18

14.3.3 Explicación más detallada, comprensión “intuitiva”

[471: dsvdintu1Desacoplamiento SVD, caso estudio (1): revisión teoría *** PIC 16:44 *Link to English version

[472: dsvdintu2Desacoplamiento SVD, caso estudio (2): 1 vble. controlada, 2 manipuladas **** PIC 16:40 *Link to English version

[473: dsvdintu3Desacoplamiento SVD, caso estudio (3): 3 vble. controladas, 1 manipulada *** PIC 13:45

[474: dsvdintu4Desacoplamiento SVD, caso estudio (4): referencia realizable *** PIC 13:20

[475: dsvdintu5Desacoplamiento SVD, caso estudio (5): 3 vble. controladas, 4 manipuladas **** PIC 18:57

[476: dsvdintu6Desacoplamiento SVD, caso estudio (6): subconjuntos/fusión manual de actuadores y sensores **** PIC 14:14

Detalle caso general, ejemplo Matlab

[477: dsvd2Desacoplamiento SVD (2): sintonizado inicial de reguladores y conclusiones **** PIC 11:18

[478: dsvdmlDesacoplamiento SVD: ejemplo Matlab **** PIC 15:45

Caso de estudio: horno lineal

[479: forn3Desacoplamiento SVD de un prototipo de horno lineal: diseño de reguladores y análisis tiempo/frecuencia en componentes principales **** PIC 10:11

[480: forn4Desacoplamiento SVD de un horno lineal: diagrama Simulink *** PIC 09:32

[481: forn5Desacoplamiento SVD de horno lineal: simulación en Simulink, análisis de respuesta **** PIC 11:56

14.4 Desacoplamiento/linealización por realimentación del estado

Nota: Existe una metodología de “desacoplamiento por realimentación del estado”, que por brevedad no está cubierta en el vídeo [ ectdc(19:49)]. Es un material clásico en textos de teoría de ingeniería de control, a los que se remite al lector, tanto en el caso lineal como en el no-lineal (en el que da lugar a una herramienta estándar “par calculado” en robótica). De hecho el caso lineal es un corolario de una técnica básica de control no lineal que se denomina linealización por realimentación.

Aunque no se disponga de materiales extensos sobre estas técnicas, no obstante, las ideas básicas de desacoplamiento y linealización por realimentación del estado pueden ser comprendidas de forma preliminar e intuitiva visualizando los materiales a continuación.

Ejemplo 1: proceso de orden 2 Aplicaremos la técnica a un primer ejemplo de forma manual, sin Matlab.

[482: fblin1Linealización y desacoplamiento por realimentación: ejemplo 2 entradas 2 salidas (sin Matlab) **** PIC 13:45 *Link to English version

Ejemplo 2: procesos químicos no lineales Una aplicación de la técnica a control de “procesos” es la que sigue:

[483: mixflLinealización y desacoplamiento por realimentación del estado: ejemplo tanque de mezclado (Matlab) ***** PIC 08:02

Ejemplo 3: corolario sistemas lineales La particularización al caso lineal (sólo desacoplamiento) se discute a continuación basada en un ejemplo:

[484: fbdclinDesacoplamiento por realimentación en sistemas lineales (ejemplo Matlab) **** PIC 14:42

14.4.1 Robótica móvil: control por punto descentrado, caso de estudio

[485: robdmodModelado cinemático de un robot diferencial de 2 ruedas no holonómico para control por punto descentrado *** PIC 07:02

[486: robdflDesacoplamiento y linealización por realimentación de un robot de 2 ruedas para control cinemático **** PIC 10:11

[487: robd2glsControl cinemático por punto descentrado de robot de dos ruedas (proporcional + 2GL con feedforward de velocidad de trayectoria), simulación **** PIC 17:00

[488: robdzdDinámica no observable en control punto descentrado robot diferencial de 2 ruedas no holonómico ***** PIC 14:29

14.5 Control en cascada

[489: ectcasEstructuras de control multivariable: control en cascada sensor/actuador extra ** PIC 19:03

[490: dactcascControl PID en cascada con actuador extra: ejemplo Matlab *** PIC 09:59

14.6 Estructuras mixtas y otras propuestas

[491: dosact1Control con exceso de actuadores (1): equilibrado de carga, rango dividido, override *** PIC 19:13 *Link to English version

[492: dosact2Control con exceso de actuadores (2): cascada actuador extra, gradual, doble cascada **** PIC 17:54 *Link to English version

[493: ectmixEstructuras de control multivariable: estructuras mixtas (ejemplo intercambiador) *** PIC 15:22

[494: ratcRatio control (ejemplo neutralización) [English] Gregory Reeves (NCSU) *** PIC 10:30

[495: ectothEstructuras de control multivariable: otras opciones (override, ratio, etc.) *** PIC 18:17

[496: infecControl inferencial (ejemplo destilación) Gregory Reeves (NCSU) *** PIC 10:29

[497: GcomPIDExpresión de controladores genéricos de orden bajo como reguladores PID *** PIC 10:08

14.7 Control con dos grados de libertad

[498: c2gl1Control con dos grados de libertad: planteamiento del problema y motivación *** PIC 08:19

[499: c2glsisoControl con dos grados de libertad en reguladores con estructura sencilla (SISO, PID, …) *** PIC 12:18

[500: c2glgenericControl con dos grados de libertad en reguladores genéricos multivariables **** PIC 07:03

[501: imc2glControl por modelo interno de 2 grados de libertad *** PIC 09:19

14.8 PID avanzado: antiwindup por modo de seguimiento (tracking mode)

[502: awtr1Controlador PID con antiwindup ”tracking mode”: ideas básicas y ecuaciones de la dinámica *** PIC 11:00

[503: awtr2Controladores PID con antiwindup tracking mode: aplicaciones y diagramas de bloques *** PIC 08:42

[504: awtr3Controladores PID con antiwindup tracking mode: sintonizado de la dinámica de tracking (Tt) **** PIC 12:15

14.9 Casos de estudio y ejemplos adicionales

Ejercicio académico de multibucle, desacoplamiento y feedforward

[505: ejrgadc1Ejercicio: RGA/Niederlinski/Desacoplamiento en proceso 3x3 *** PIC 09:18

[506: ejdcff2Ejercicio: prealimentación (feedforward) en proceso 3x3 **** PIC 09:27

14.9.1 Unificación de resultados

[507: nlff2gldecEnfoque no-lineal unificado de punto de operación, 2GL, prealimentación y desacoplamiento **** PIC 15:48

14.9.2 Casos de estudio de procesos industriales

[508: ecprestank1Control multibucle de un reactor presurizado, propuesta estructura de control (1) *** PIC 10:27

[509: ecprestank2Control multibucle de un reactor presurizado (2): refinamientos (prealim., override, ratio, split range, …) **** PIC 13:47

[510: ecneutraEstructura de control + P&ID de una etapa de neutralización X. Blasco, J.M. Herrero, C. Ramos, A. Sala (UPV) *** PIC 10:51

[511: ecdestilEstructura básica de control + P&ID de una columna de destilación X. Blasco, J.M. Herrero, C. Ramos, A. Sala (UPV) *** PIC 12:51

[512: ectcaldEstructuras de control multivariable: caso de estudio, caldera de vapor *** PIC 19:34

Proceso calentamiento y mezclado (2 tanques)

[513: estrx2aSistema dos tanques mezclado+calentamiento (1): control multilazo (multiloop) *** PIC 11:59 *Link to English version

[514: mzrgamezclado + control de caudal (nivel): control multilazo mediante matriz de ganancia relativa (RGA), teoría *** PIC 10:59 *Link to English version

[515: estrx2bSistema dos tanques mezclado+calentamiento (2): control avanzado cascada, feedforward, ratio **** PIC 20:59 *Link to English version

[516: mzratdc1mezclado estático+control caudal: ratio control, relación con multilazo y desacoplamiento ***** PIC 11:44 *Link to English version

[517: mzratdc2mezclado estático+control caudal: desacoplamiento inverso y directo, lineal y no lineal ***** PIC 19:56 *Link to English version

14.9.3 Tanque de mezclado (V2) con concentración no homogénea y retardo

Modelado

[518: tmrmod1Modelo procesado de mezclado en un tanque (1): división en dos volúmenes con concentración diferente **** PIC 09:42

[519: tmrmod2Modelo tanque de mezclado con dinámica de mezclado (2): modelo en representación interna **** PIC 10:02

[520: tmrmod3Modelo tanque de mezclado (v2): integración en Simulink, dinámica adicional, saturación y retardo *** PIC 10:26

[521: tmrsimTanque de mezclado no homogéneo: simulación *** PIC 05:45

[522: tmrlinLinealización tanque (V2) con dinámica de mezclado y retardo (Simulink) *** PIC 06:18

Diseño del control (lineal)

[523: tmplantTanque de mezclado (V2): planteamiento del problema de control *** PIC 06:59

Estructura básica: cascada + multibucle:

[524: tmcasTanque de mezclado (V2): diseño de bucle cascada esclavo de control de caudal **** PIC 11:00

[525: tmrmlTanque de mezclado (V2): control multibucle (con cascada preexistente) *** PIC 12:52

Refinamientos: prealimentación y desacoplamiento (lineal)

[526: tmff1Tanque de mezclado (V2): prealimentación **** PIC 09:47

[527: tmdcff2Tanque de mezclado (V2): desacoplamiento y prealimentación desacoplada **** PIC 10:31

[528: tmrffdynTanque de mezclado (V2): prealimentación y desacoplo dinámicos **** PIC 09:47

Simulación del sistema controlado resultante

[529: tmsimtodolinTanque de mezclado (V2): simulación de multibucle, cascada, desacoplamiento y prealimentación (modelo linealizado) *** PIC 06:25

[530: tmsimbcnlTanque de mezclado V2: simulación no lineal del control linealizado *** PIC 08:27

Control no lineal (estático), antiwindup

[531: tm2ffnlTanque de mezclado: prealimentación, desacoplamiento, 2GL, ratio control con modelo no lineal **** PIC 11:48

[532: tm2awTanque de mezclado no lineal: diseño del antiwindup *** PIC 08:22

Control override

[533: tm2ormTanque de mezclado: necesidad de override para proteger de desbordamientos (motivación) ** PIC 03:24

[534: tm2orpTanque de mezclado: override nivel mínimo y máximo (control proporcional) **** PIC 12:03

[535: tm2orpiTanque de mezclado: override con acción integral y opciones antiwindup **** PIC 10:34

14.9.4 Otros ejemplos

A continuación, se listan enlaces (externos) a ejemplos adicionales de estructuras de control que combinan varios de los elementos explicados en este capítulo:

14.10 RESUMEN: visión general del control ‘usual’ en industria

Esto seguramente no es “el control teórico que estudiarás en Doctorado”, pero si estás en un máster de “ingeniería” (industrial, automática, procesos), el resumen a continuación es importante “en la práctica”.

[536: pidbigpic0Control industrial (descentralizado), el gran esquema de las cosas (1): Motivación, presentación *** PIC 10:44

[537: pidbigpic1Control descentralizado, gran esquema de las cosas (2): Proyecto de procesos, estructuras de control *** PIC 45:39

[538: pidbigpic2Control descentralizado, gran esquema de las cosas (3): sintonizado, implementación, análisis de datos *** PIC 33:52