Sensores virtuales para procesos con medidas escasas y retardos temporales

Abstract

A mi familia.A Rebeca. ResumenEn este trabajo se aborda el problema de controlar un proceso cuya salida se muestrea de forma irregular. Para ello se propone utilizar un predictor que estima las salidas del proceso en instantes regulares de tiempo más un controlador convencional que calcula la acción de control a partir de las estimaciones del predictor (técnica conocida como control inferencial).La predicción consiste en estimar las variables de salida que se desean controlar a partir de las mediciones realizadas con diversos sensores utilizando para ello un modelo matemático del proceso. El filtro de Kalman permite hacer la predicción de formaóptima si las perturbaciones tienen una distribución gaussiana de media cero, pero con el inconveniente de requerir un elevado coste computacional cuando se utilizan diferentes sensores con retardos temporales variantes. En este trabajo se propone una estrategia de predicción alternativa de bajo coste computacional cuyo diseño se basa en el conocimiento de la disponibilidad de mediciones y de los retardos (del proceso, del sistema de medición o del sistema de transmisión de datos) y de la naturaleza de las perturbaciones. Los predictores propuestos minimizan el error de predicción frente al muestreo aleatorio con retardos variantes, perturbaciones, ruido de medida, error de modelado, retardos en la acción de control e incertidumbre en los tiempos de medición. Las diferentes estrategias de diseño que se proponen se clasifican según el tipo de información que se dispone de las perturbaciones y del coste computacional requerido. Se han planteado los diseños para sistemas monovariables, multivariables, lineales y no lineales. Asimismo, también se ha elaborado una forma más eficiente de incluir mediciones escasas con retardo en el filtro de Kalman, con el objetivo de reducir el coste computacional de la predicción.En este trabajo se demuestra que los sistemas de control inferencial que utilizan los predictores propuestos cumplen con el principio de separación, con lo que el diseño del control con medidas irregulares se reduce al problema del diseño de un predictor estable más el diseño de un controlador para muestreo convencional.v Resum En aquest treball s'aborda el problema de controlar un procés l'eixida del qual es mostreja de forma irregular. Amb eixa finalitat es proposa utilitzar un predictor que estima les eixides del procés en instants regulars de temps més un controlador convencional que calcula l'acció de control a partir de les estimacions del predictor (tècnica coneguda com control inferencial).La predicció consisteix a estimar les variables d'eixida que es desitgen controlar a partir dels mesuraments realitzats amb diversos sensors utilitzant per a això un model matemàtic del procés. El filtre de Kalman permet fer la predicció de formaòptima si les pertorbacions tenen una distribució gaussiana de mitjana zero, però amb l'inconvenient de requerir un elevat cost computacional quan s'utilitzen diferents sensors amb retards temporals variants. En aquest treball es pro...