Desarrollo de un controlador óptimo LQR utilizando herramientas IOT para un sistema de presión constante controlado remotamente

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Título : Desarrollo de un controlador óptimo LQR utilizando herramientas IOT para un sistema de presión constante controlado remotamente
Autor : Chalán Padilla, Vladimir Andrés
Director de Tesis: Pillajo Angos, Carlos Germán
Resumen traducido: The design of an optimal LQR (Linear Quadratic Regulator) controller and an optimal LQI ((Linear Quadratic Integrator) one for a constant pressure system by pumping water using a frequency inverter is presented. Likewise, an IoT (Internet of Things) application for a computer was designed by using the MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol which uses a link with a broker-type server. Additionally, an application for smartphones was implemented, from which it was possible to monitor the variables of the process and in turn, to control the operation modes of the system and to establish the set points. On the other hand, a control electrical cabinet was designed and built with a programmable logic controller with analog and digital input-outputs, a Raspberry, electrical protection elements and a variable frequency drive that controls the speed of the peripheral pump motor that is part of the hydraulic system made up by check valves, a manometer and a pressure transducer. Additionally, an LQI controller was design because the LQR controller was not be able to obtain a tracking of the set point with adequate stabilization times in this nonlinear system. Furthermore, the use of MQTT protocols for IoT systems allow not to have significant latency between the communication of two devices. Therefore, it can be said that the system monitoring and control is carried out in real time like as well as its historical data. Consequently, it is concluded that the developed system is scalable to more complex processes due to its hardware robustness and the control algorithm. In addition, its price and tools are accessible to the consumers, allowing them to have an optimal control of the processes that require it, along with the possibility to remotely monitor and control them from a computer or from a smartphone. Keywords: LQI, LQR, internet of things, constant pressure system, remote control, optimal controllers, industry 4.0.
Resumen : El presente trabajo presenta el diseño de un controlador óptimo LQR (Linear Quadratic Regulator por sus siglas en inglés) y un controlador óptimo LQI (Linear Quadratic Integrator por sus siglas en inglés) para un sistema de presión constante mediante el bombeo de agua, usando variador de frecuencia. De igual manera, se diseñó una aplicación IoT (Internet de las cosas) para computador usando protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport por sus siglas en inglés) mediante el enlace con un servidor tipo broker. Además, se implementó una aplicación para teléfonos inteligentes, desde cuyas aplicaciones se pudo monitorear las variables del proceso y a su vez controlar los modos de operación del sistema y establecer los puntos de consigna. Por otra parte, se diseñó y construyó el tablero de control, mismo que consta de un controlador lógico programable con entradas-salidas analógicas y digitales, un Raspberry, elementos de protección y un variador de frecuencia que comanda la velocidad del motor de la bomba, misma que forma parte del sistema hidráulico, el cual se compone de válvulas de retención, válvulas de paso, manómetro y transductor de presión. Así, los resultados del controlador óptimo LQI comparados con los del controlador LQR evidencian que, al tener una acción integral en sistemas no lineales, se logra obtener un seguimiento del punto de consigna con tiempos adecuados de estabilización. Adicionalmente, el uso de protocolos MQTT para sistemas IoT permiten que no exista una latencia significativa entre la comunicación de dos dispositivos. Por ende, se puede decir que el monitoreo y el control del sistema es en tiempo real, al igual que sus datos históricos. Por lo tanto, se concluye que el sistema desarrollado es escalable a procesos más complejos debido a su robustez en hardware y en el algoritmo de control. Además, cuenta con costos y herramientas accesibles para el consumidor, permitiendo tener un control óptimo junto con la posibilidad de monitorear y controlar dichos procesos de forma remota. Palabras clave: LQI, LQR, internet de las cosas, sistema presión constante, control remoto, control óptimo, industria 4.0.
Palabras clave : INGENIERÍA ELECTRÓNICA
LQI
LQR
INTERNET DE LAS COSAS
SISTEMA PRESIÓN CONSTANTE
CONTROL REMOTO
Fecha de publicación : oct-2020
URI : https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/19395
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Posgrado

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