Implementación de un controlador difuso de temperatura prototipo usando la inferencia difusa de Takagi Sugeno

Abstract

La presente tesis trata sobre el diseño e implementación de un controlador difuso el cual será utilizado en un horno de tratamientos térmicos, el proceso de estudio, diseño e implementación sigue una secuencia lógica, cuya orden se da a continuación. El capítulo 1 es la introducción, aquí se explica los motivos por los cuales se efectúa este trabajo, se plantea de manera sencilla el problema y el objetivo básico del proyecto, adicionalmente se hace una pequeña diferenciación entre el controlador a diseñar frente a los controladores clásicos con los que se trabaja comúnmente en la industria. El capítulo 2 trata el tema del modelamiento del sistema o planta, aquí se estudian en forma breve el tema de transferencia de calor, conceptos básicos y ecuaciones que explican los procesos de transferencia de calor, luego de ello, utilizando diversos métodos de solución de la ecuación general de Transferencia de Calor se simula el comportamiento de la temperatura de algunos sistemas térmicos, así como se trata de obtener el modelo matemático general de los sistemas térmicos que posteriormente se utilizarán en el diseño de los controladores ON-OFF y PD lineal. El capítulo 3 trata temas de control automático, se describen los componentes de un sistema de control, así como los tipos de controladores existentes, luego se toca el tema de controladores anticipativos de tiempo proporcional, posteriormente se implementa programas para efectuar la simulación de la respuesta de temperatura de un horno controlados por algoritmos ON-OFF y PD lineal. El capítulo 4 trata sobre la lógica difusa, se tratan conceptos básicos de este tema, así como se diferencia las partes de un controlador difuso, se presentan las ventajas de este frente a los controladores clásicos, Como segunda parte de este capítulo se implementa un programa para efectuar la simulación del comportamiento de la temperatura de un horno controlado por el algoritmo difuso. En el capítulo 5 se estudia al microcontrolador PIC, dispositivo electrónico con el cual se implementará el controlador objetivo de este proyecto, aquí se estudia su arquitectura, el modo de configuración de algunos de los periféricos utilizados en el proyecto y se asigna funciones a los pines del dispositivo de acuerdo a las necesidades del proyecto, finalmente se plantea el diagrama de flujo del programa a cargarse en el PIC. El capítulo 6 trata sobre el diseño e implementación de la tarjetas electrónicas del sistema, se muestran cálculos simples para la selección de los circuito integrados y dispositivos electrónicos diversos, luego en el mismo capítulo se trata sobre la instrumentación necesaria del proyecto, se estudia algunos tipos de sensores y los circuitos necesarios que permitan lograr los niveles de voltaje en la señal de temperatura, que sean leíbles por el microcontrolador, luego se trata sobre los calefactores eléctricos existentes en el mercado y se ensayan algunos ejercicios para la selección de estos. En el capítulo 7 se trata el tema del monitoreo del proceso de control de temperatura en un horno, previamente se estudia el programa de monitoreo implementado en el software Visual Basic que es el que presentará las curvas de temperatura en la PC. En el mismo capítulo se muestran Figuras donde se ve la tendencia de la temperatura en el horno controlado por el equipo implementado observándose detalles acerca de este. El capítulo 8 trata sobre la estructura de costos del proyecto, no se pretende realizar un estudio económico de factibilidad, solamente se muestra el costo del desarrollo del equipo, costo de materiales, costo de mano de obra y otros que se hicieron para lograr la implementación. En la parte final se muestran las conclusiones a las que se llegan después del desarrollo y prueba del equipo implementado. Posteriormente se muestran los planos de las placas electrónicas que componen el equipo. Finalmente en los apéndices se colocan los programas utilizados en simulaciones corridas sobre Matlab, también se incluye el programa introducido en el microcontrolador, así como detalles sobre los tipos de termopares existentes, luego configuraciones del conversor análogo digital del microcontrolador PIC, y como parte final se incluye la hoja de datos del dispositivo que nos permite realizar la comunicación entre el microcontrolador y la computadora personal. Es necesario recordar que este tema se desarrollo con ayuda de personas que no sólo proporcionaron pautas técnicas y ayudas económicas, también proporcionaron el aliento necesario para lograr avanzar con este tema, naturalmente el agradecimiento va a toda mi familia que de una forma u otra me ayudaron de gran manera y en todos los aspectos, también es necesario agradecer a todos los ingenieros asesores así como compañeros de trabajo que me instaron constantemente a finalizar este trabajo.