Aplicación de algoritmo genético codificado en tiempo real - controlador de velocidad en cascada PID para motor de turbina de gas marino basado en análisis de función de sensibilidad
Autores: Lee, Yunhyung; Ryu, Kitak; So, Gunbaek; Kwon, Jaesung; Ahn, Jongkap
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Aplicación de algoritmo genético codificado en tiempo real - controlador de velocidad en cascada PID para motor de turbina de gas marino basado en análisis de función de sensibilidad
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Motores de turbina de gas
Comportamiento no lineal
Variaciones de parámetros
Control de velocidad
Sistema COGAG
Controlador R-PID
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
Los motores de turbina de gas en el mar, caracterizados por un comportamiento no lineal y variaciones de parámetros debido a entornos marinos dinámicos, plantean desafíos para el control preciso de la velocidad. El enfoque de este estudio fue un sistema COGAG con cuatro turbinas de gas LM-2500. Un modelo de tercer orden con retardo temporal se derivó en tres puntos de operación utilizando datos de puesta en marcha para capturar las características inherentes de los motores. El diseño del controlador en cascada emplea un controlador de algoritmo genético de código real-PID (R-PID), optimizando los parámetros PID para cada modelo. Las simulaciones revelaron que los controladores R-PID, optimizados para la robustez, muestran estabilidad de la trayectoria de Nyquist, manteniendo la mayor distancia del punto crítico (-1, j0). Los valores más pequeños de la función de sensibilidad (sensibilidad máxima) y cambios mínimos para plantas inciertas confirman la robustez contra incertidumbres. Al comparar las respuestas transitorias, el controlador R-PID supera a métodos tradicionales como IMC y Sadeghi en la variación total en la entrada de control, tiempo de asentamiento, sobrepaso y ITAE, a pesar de un tiempo de subida ligeramente más lento. Sin embargo, los controladores diseñados para puntos de operación específicos muestran un rendimiento disminuido cuando se aplican más allá de esos puntos, con un aumento en el tiempo de subida, tiempo de asentamiento y sobrepaso, resaltando la necesidad de diseños específicos de puntos de operación para garantizar un rendimiento óptimo. Esta investigación subraya la importancia del diseño de controladores adaptados para una gestión efectiva de motores de turbina de gas en aplicaciones marinas.
Descripción
Los motores de turbina de gas en el mar, caracterizados por un comportamiento no lineal y variaciones de parámetros debido a entornos marinos dinámicos, plantean desafíos para el control preciso de la velocidad. El enfoque de este estudio fue un sistema COGAG con cuatro turbinas de gas LM-2500. Un modelo de tercer orden con retardo temporal se derivó en tres puntos de operación utilizando datos de puesta en marcha para capturar las características inherentes de los motores. El diseño del controlador en cascada emplea un controlador de algoritmo genético de código real-PID (R-PID), optimizando los parámetros PID para cada modelo. Las simulaciones revelaron que los controladores R-PID, optimizados para la robustez, muestran estabilidad de la trayectoria de Nyquist, manteniendo la mayor distancia del punto crítico (-1, j0). Los valores más pequeños de la función de sensibilidad (sensibilidad máxima) y cambios mínimos para plantas inciertas confirman la robustez contra incertidumbres. Al comparar las respuestas transitorias, el controlador R-PID supera a métodos tradicionales como IMC y Sadeghi en la variación total en la entrada de control, tiempo de asentamiento, sobrepaso y ITAE, a pesar de un tiempo de subida ligeramente más lento. Sin embargo, los controladores diseñados para puntos de operación específicos muestran un rendimiento disminuido cuando se aplican más allá de esos puntos, con un aumento en el tiempo de subida, tiempo de asentamiento y sobrepaso, resaltando la necesidad de diseños específicos de puntos de operación para garantizar un rendimiento óptimo. Esta investigación subraya la importancia del diseño de controladores adaptados para una gestión efectiva de motores de turbina de gas en aplicaciones marinas.