Diseño del control de temperatura para un proceso de pasteurización usando técnica de control predictivo

Abstract

Esta tesis presenta el modelado de un sistema de pasteurización de la leche en el dominio de la frecuencia, en el cual se puede observar los valores de la constante de tiempo y tiempo de retardo La investigación realizada tiene como propósito principal el desarrollo de un algoritmo de Control Predictivo Basado en Modelo (MPC, Model Predictive Control), utilizando específicamente como técnica, el diseño de una Matriz Dinámica de Control (DMC, Dynamic Matrix Control) para su aplicación en una planta de pasteurización de la leche por el método HTST (High Temperature Short Time). El objetivo de control es la reducción de los tiempos de establecimiento de respuesta, sobre impulso y error en estado estacionario que se pueden generar en los sistemas con gran tiempo de retardo como se observará en el sistema presente en la investigación. En el presente trabajo se realizará la comparación de las performances de distintos algoritmos de control que se evaluarán para observar el predominio de la eficiencia de un algoritmo de control predictivo. Los controladores con los cuales se realizará la comparación con el MPC son los siguientes: Control PID (Proporcional – Integral - Derivativo) y el Predictor de Smith (técnica de control predictivo avanzado – SP). Efectivamente, con los resultados obtenidos al final de la investigación, se concluye, mediante simulaciones de los sistemas de control diseñados, que el control predictivo basado en modelo es el que genera una respuesta con mayor eficiencia que las de los otros controladores, debido a que posee un tiempo de establecimiento y un sobre impulso mucho menor que los algoritmos PID y SP. La tesis se desarrolla en cuatro Capítulos. El primer capítulo consiste en la presentación de la problemática del proceso de pasteurización, los objetivos y las hipótesis de la investigación. En el segundo capítulo se explicará los diversos sistemas de control a lo largo de su historia y como han ido evolucionando y desarrollando un grado de robustez mucho mayor. En el tercer capítulo se mostrarán los diversos algoritmos que se han desarrollado como para hacer la comparación de eficiencias. En el cuarto capítulo se realizará la evaluación de los resultados obtenidos por los controles previamente diseñados para así, poder seleccionar el mejor algoritmo de control predictivo.

This thesis presents the modeling of a milk pasteurization system in the frequency domain, in which the values of the time constant and time delay can be observed. The main purpose of the research is the development of a Predictive Model-Based Control (MPC, Model Predictive Control) algorithm, specifically using the technique of a Dynamic Control Matrix (DMC) for its application in a milk pasteurization plant with the HTST (High Temperature Short Time) method. The control objective is the reduction of response establishment times, overshooting and error in steady state that can be generated in systems with a long delay time, as will be observed in the system present in the investigation. In the present work, the comparison of the performances of different control algorithms that will be evaluated to observe the predominance of the efficiency of a predictive control algorithm will be carried out. The controllers with which the comparison with the MPC will be carried out are the following: PID Control (Proportional - Integral - Derivative) and Smith Predictor (advanced predictive control technique - SP). Indeed, with the results obtained at the end of the investigation, it is concluded, by means of simulations of the designed control systems, that the predictive control based on the model is the one that generates a response with greater efficiency than those of the other controllers, because it has an establishment time and a much smaller boost envelope than the PID and SP algorithms. The thesis is developed in four Chapters. The first chapter consists of the presentation of the problem of the pasteurization process, the objectives and the hypothesis of the investigation. The second chapter will explain the various control systems throughout their history and how they have evolved and developed a much greater degree of robustness. In the third chapter, the different algorithms that have been developed to compare efficiencies will be shown. In the fourth chapter, the evaluation of the results obtained by the previously designed controls will be performed in order to select the best predictive control algorithm.