Control Robusto de Orden Fraccionario de la Presión del Vapor en el Domo Superior de una Caldera Bagacera

Resumen

En el presente trabajo se desarrolla un controlador de orden fraccionario del tipo IDα-1 para el control robusto de la presión de vapor en el domo superior de una caldera bagacera, el cual posibilita aumentar la efectividad en el control, así como la eficiencia energética de estos equipos. La aplicación de un controlador de orden fraccionario se justifica por el hecho de que la dinámica del proceso objeto de estudio puede cambiar de forma drástica con la variación del calor especifico de combustión (I). Se obtiene un modelo matemático nominal de la variación de la presión de vapor en el domo superior de la caldera bagacera. Los resultados de validación del modelo matemático obtenido muestran un elevado grado de adecuación. Mediante estudios experimentales se estimó el rango de variación de los parámetros dinámicos del modelo matemático obtenido cuando el calor específico de combustión varía en el rango de operación [Imin,-1Imax]. El diseño del controlador IDα se realiza en base a especificaciones en el dominio de la frecuencia. Se muestran los resultados comparativos de simulación del sistema de control desarrollado con controladores IDα-1 vs PI e IDα-1 vs PID, en el sentido de exhibir el mismo comportamiento dinámico en lazo cerrado para las especificaciones de la planta nominal y en presencia de perturbaciones. Estos resultados demuestran que cuando la ganancia de la presión del vapor en el domo superior de la caldera bagacera presenta variaciones en-1el rango [Kmin, Kmax] el controlador IDα diseñado exhibe mejores prestaciones, así como una mayor robustez.

Abstract

This paper presents a fractional order controller of the class IDα-1 for robust control of the steam pressure in the steam drum of a bagasse boiler. The proposed controller improves the effectiveness on the control, and likewise the energy efficiency of this plant. The dynamics of this process drastically changes with the variation of the specific heat of combustion (I) and the use of a fractional order control looks therefore suitable. A mathematical nominal model of the steam pressure variation in the steam drum of a bagasse boiler was obtained and validated. Experimental studies provided an estimation of the range of variation of the parameters’ model when the specific heat of combustion varies in the operating range [Imin, Imax]. The proposed fractional order controller has been compared to the standard PI and PID controllers. All of them have been designed by means of the same frequency specifications and their nominal time responses are similar when input reference changes and in presence of disturbances. The PID controller and the fractional order one have been also designed in order to maximize their robustness when the gain of the steam pressure in the steam drum of bagasse boiler changes in the range [Kmin, Kmax]. Simulated results show that the fractional order controller is more robust than the PI and the PID controllers when the gain of the plant changes but preserving the robustness when time delay varies.

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