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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2523| Algoritmos bioinspirados para la sintonización de sistemas de control con retardo Bio-inspired algorithms for the tuning of time-delay control systems | |
| RENE MICHEL MARTINEZ TRUJILLO | |
| LUIS ALEJANDRO MARQUEZ MARTINEZ CARLOS ALBERTO BRIZUELA RODRIGUEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| retardo temporal, sintonización, controlador PID, algoritmos metaheurísticos, optimización time delay, tuning, PID controller, metaheuristic algorithms, optimization | |
| El controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) es el esquema de control más
dominante en la industria. Sin embargo, su sintonización óptima no es evidente
y mucho menos cuando el sistema presenta retardos en el tiempo. Los retardos
temporales aparecen con frecuencia en los sistemas reales. Estos retardos deben
considerarse en el modelo al momento de sintonizar el controlador, ya que no hacerlo
puede degradar el desempeño del sistema de control. Actualmente existe una gran
variedad de técnicas para sintonizar el controlador PID, pero no todas toman en cuenta
a los retardos, lo que conlleva a una mala sintonización y por ende un mal desempeño.
El problema de sintonización de controladores se ha modelado como un problema
de optimización que en la mayoría de los casos no cumple con restricciones como
convexidad y diferenciabilidad, y hace imposible la aplicación de métodos exactos de
optimización. Por ello, en los últimos años se ha abordado el problema con técnicas
metaheurísticas como las basadas en el cómputo bioinspirado, ya que han mostrado
buenos resultados al resolver problemas complejos de optimización. En este trabajo
de tesis se presenta una metodología para sintonizar automáticamente los parámetros
de un controlador PID aplicados a sistemas con retardo, con el objetivo de lograr un
desempeño cercano al óptimo. El problema de la sintonización se aborda como un
problema de optimización tanto mono como multi-objetivo, utilizando y comparando
dos metaheurísticas: evolución diferencial y optimización por enjambre de partículas.
Como funciones objetivo, se usaron criterios en el dominio del tiempo como lo son los
índices de desempeño basados en la integral de funciones del error, el sobreimpulso
y el tiempo de asentamiento. Este procedimiento se aplicó a un sistema lineal de
segundo orden con retardo en la entrada. Los resultados de simulación numéricos
permitieron identificar al criterio de optimización con el que se obtiene el mejor
desempeño (bajo tres criterios particulares) del sistema de control. Se confirmó
también el grado de conflicto existente entre el sobreimpulso, tiempo de asentamiento
y esfuerzo de control. Además los resultados obtenidos en cuanto a sobreimpulso,
tiempo de asentamiento y esfuerzo de control fueron mejores que los logrados con un
esquema comercial de una empresa líder en el ámbito académico e industrial. The Proportional-Integral-Derivative controller is the most dominant control scheme in the industry. However, its optimal tuning is not evident, in particular when the system has time delays. Temporary delays frequently appear in real systems. These delays must be considered in the model when tuning the controller since not doing so can degrade the performance of the control system. Currently, there is a wide variety of techniques to tune the PID controller, however not all of them take delays into account, leading to poor tuning and therefore poor performance. The controller tuning problem has been modeled as an optimization problem that in most cases does not comply with constraints such as convexity and differentiability, and makes it impossible the application of exact optimization methods. Therefore, in recent years the problem has been addressed with metaheuristic techniques such as bioinspired computation methods, since they have shown good results when solving complex optimization problems. In this thesis, a methodology is presented to automatically tune the parameters of a PID controller applied to systems with time delay, with the aim of achieving close to the optimum solutions. The problem of tuning is addressed as a problem of both mono and multi-objective optimization, using and comparing two metaheuristics: differential evolution and particle swarm optimization. As objective functions, criteria in the time domain are used, as are performance indices based on the integral of error functions, the overshoot and the settling time. This procedure is applied to a second-order linear system with input time delay. The numerical simulation results allowed to identify the optimization criterion with which the best performance (under three particular criteria) of the control system obtained. The degree of conflict between the overshoot, settling time and control effort was also confirmed. Furthermore, the results obtained concerning overshoot, settling time, and control effort were better than those achieved by a commercial scheme of a leading company in the academic and industrial sector. | |
| CICESE | |
| 2018 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Martínez Trujillo, R.M. 2018. Algoritmos bioinspirados para la sintonización de sistemas de control con retardo. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 81 pp.. | |
| OTRAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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| tesis_Martínez Trujillo_René Michel_22_oct_2018.pdf | Versión completa de la tesis | 1.92 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |