Diseño e implementación de un controlador predictivo GPC para modelo físico de horno de panadería
Date
2016
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Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
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Abstract
Los hornos automáticos han venido facilitando mucho el trabajo en las panaderías Industriales, comerciales y residenciales, estos ayudan a minimizar bastante los tiempos de cocción, en comparación a los hornos manuales. Una de la desventaja que frecuentemente presentan los hornos comúnmente conocidos en las panaderías, es que tienen controladores del tipo ON-OFF los cuales ostentan poca precisión en variable contralada, generando temperaturas con mucho error respecto al set-point programado. Aunque existen hornos con mucha tecnología en los paneles electrónicos y controladores de temperatura para la manipulación del set-point, control y visualización de la variable, los controladores utilizados en los hornos de panadería sen san la temperatura, realizan sus cálculos internos y su ley de control programada es abrir y cerrar un contacto auxiliar que energiza una resistencia o un quemador. En esos controladores de temperatura la configuración normalmente realizada es prender y apagar el elemento final de control unos grados por encima y unos grados por debajo de la variable medida. En este trabajo de grado se implementó un controlador avanzado predictivo GPC con el fin de minimizar los tiempos de cocción, el ahorro energético y la velocidad de respuesta, incluso cuando se presenten perturbaciones”, porque el algoritmo del GPC tiene la capacidad de predecir la salida hacia el elemento final de control y este comportamiento ayuda a que el esfuerzo de control sea mayor o menor de acuerdo a dicha perturbación. Para la implementación de esta solución se fabricó y se identificó el modelo físico horno de panadería que permitió simular el comportamiento real de los hornos industrialmente usados. Al horno de panadería se le instaló una turbina que mueve al aire caliente al interior del horno, se colocó una resistencia como elemento final de control que permitió aumentar o disminuir la temperatura según la ley de control generada por el algoritmo del control predictivo. Se desarrolló una interfaz gráfica de usuario en LabView® para poder colocar un set-point variable y a su vez visualizar el comportamiento de la variable temperatura en el modelo físico de horno de panadería. En la etapa de diseño e implementación se pudo evidenciar que el controlador avanzado GPC requería un tratamiento matemático riguroso y también una implementación más detallada para su buen comportamiento. Todo este preámbulo es justificable debido a que es un controlador que permite varias configuraciones según las necesidades planteadas. Aparte de la implementación del control GPC de temperatura queda abierta la posibilidad de realizar otro tipo de controladores al modelo físico de horno de panadería como controlador de humedad para el crecimiento de los productos, controlador de velocidad para turbina y controlador de fallas en el sistema con propósitos de monitoreo y así poder analizar la aplicabilidad de los diferentes controles avanzados en la industria alimenticia.
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Keywords
Termorregulador. Horno de panadería. Controladores predictivos. Controladores PID.