Un nuevo controlador PID basado en tangente hiperbólica ajustado por el algoritmo artificial de lemmings para el...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería de Sistemas de Control
• Termodinámica y Transferencia de Calor
• Inteligencia Artificial en Ingeniería

Sus antecedentes:

• El control preciso de la presión en los condensadores de vapor de carcasa y tubos es fundamental para la eficiencia térmica y la seguridad en las centrales eléctricas.
• Los controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID) convencionales presentan limitaciones para manejar la dinámica no lineal de estos sistemas, lo que resulta en un rendimiento deficiente.
• Los controladores existentes a menudo sufren de sobreimpulso, tiempos de estabilización lentos y menor robustez en entornos operativos complejos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y evaluar un novedoso controlador PID basado en tangente hiperbólica (tanh-PID) para mejorar la regulación de la presión en condensadores de vapor no lineales.
• Introducir la modulación de ganancia no lineal para mejorar las características de amortiguación y respuesta transitoria.
• Optimizar el controlador tanh-PID utilizando el algoritmo artificial de lemmings (ALA) para minimizar los errores de rendimiento.

Principales métodos:

• Desarrollo de un controlador PID basado en tangente hiperbólica (tanh-PID) con modulación de ganancia no lineal.
• Ajuste óptimo del controlador tanh-PID utilizando el algoritmo artificial de lemmings (ALA) para minimizar el error absoluto ponderado por el tiempo (ITAE).
• Estudios de simulación utilizando un modelo de condensador no lineal que incluye interacciones vapor-aire y dinámica del pozo caliente, comparado con otros algoritmos y controladores.

Principales resultados:

• El controlador tanh-PID ajustado por ALA logró el menor ITAE (2.1189), el tiempo de subida más rápido (0.5960 s) y el tiempo de estabilización mínimo (12.4799 s).
• El controlador propuesto demostró un sobreimpulso mínimo (5.8056%) y un error de estado estacionario cercano a cero (4.0776 × 10⁻⁴%), superando a los algoritmos PI, FOPID y otros algoritmos de optimización.
• Los análisis de robustez confirmaron un rechazo de perturbaciones superior y un seguimiento de referencia fiable en condiciones de incertidumbres dinámicas.

Conclusiones:

• El controlador tanh-PID propuesto, ajustado por ALA, ofrece una solución de alto rendimiento y baja complejidad para la regulación precisa de la presión en condensadores de vapor industriales.
• La modulación de ganancia no lineal mejora eficazmente el comportamiento de amortiguación y la conformación transitoria, abordando las limitaciones de los controladores convencionales.
• La metodología muestra un potencial significativo para la implementación en tiempo real, mejorando la eficiencia operativa y la seguridad en los sistemas de generación de energía.