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Pid vs. control basado en modelo para el modelo de doble integrador más tiempo muerto: atenuación de ruido y aspectos de robustez

Autores: Huba, Mikulas; Bistak, Pavol; Vrancic, Damir; Sun, Mingwei

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Pid vs. control basado en modelo para el modelo de doble integrador más tiempo muerto: atenuación de ruido y aspectos de robustez


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Contribuciones
Teoría de control moderna
Diseño de controladores en espacio de estados
Controladores digitales
Controladores PID
Modelos de tiempo muerto

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 19

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Una de las contribuciones más importantes de la teoría de control moderna desde la década de 1960 fue la separación de la dinámica del diseño del controlador de espacio de estados de la dinámica de la reconstrucción del estado. Sin embargo, debido a que la teoría de control moderna antecede a la difusión masiva de controladores digitales y se centraba predominantemente en soluciones analógicas que evitaban la modelización de elementos con tiempo muerto, no puede cubrir de manera efectiva todos los aspectos que surgieron con el desarrollo de dispositivos programables y sistemas integrados. Las mismas limitaciones históricas también caracterizaron el desarrollo de los controladores proporcional-integral-derivativo (PID), que comenzaron varias décadas antes. Aunque se utilizaron para controlar sistemas con retardos en el tiempo, estas soluciones, que son las más comúnmente utilizadas en la práctica hoy en día, también pueden considerarse como observadores de perturbaciones simplificados que permiten evitar el uso directo de modelos con tiempo muerto. Mediante el ejemplo de controlar sistemas con un modelo de doble integrador más tiempo muerto, este artículo muestra un diseño de control novedoso que mejora significativamente el rendimiento del control en comparación con los controladores PID convencionales. La nueva estructura de control es una combinación de un controlador de espacio de estados generalizado, interpretado como un controlador de derivada de orden superior, y un observador de perturbaciones predictivo que utiliza la inversión de la dinámica del doble integrador y modelos con tiempo muerto. Permite la eliminación del efecto de windup que es típico del control PID y extiende la separación de la dinámica del seguimiento del punto de consigna de la dinámica de la reconstrucción del estado y de la perturbación a procesos con retardos en el tiempo también. La novedad de la solución presentada ofrece varios órdenes de magnitud de menor amplificación de ruido de medición en comparación con el control PID tradicional. Por otro lado, ofrece una alta robustez y una respuesta transitoria estable a pesar de la retroalimentación interna inestable de procesos como el sistema de levitación magnética. Las mejoras logradas son tan significativas que cuestionan las soluciones clásicas con controladores PID, al menos para modelos DIPDT. Además de la comparación con el control PID, también se discute y examina la relación con los controladores tradicionales de espacio de estados, que hoy en día forman la base del control de rechazo activo de perturbaciones (ADRC), para procesos que incluyen tiempo muerto.

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