Control AdaptativoSistemas de Control

Introducción

Control Adaptativo

1950 - Inicio Se inicia la investigación en control adaptativo a causa del

diseño de controles de piloto automático para aviones, con

dinámica variable de viento y altitud.

El control realimentado de ganancia constante solo

funcionaba en un rango de operación.

Surge la necesidad de un control que barriera el espectro del

rango de operaciones, llegando a una técnica de esquema

de ganancia por rangos.

1960 – 1970 – 1980 Se presentan avances en teoría de control, como descripción

de espacio de estado, teoría de la estabilidad y

programación dinámica.

Se realizan pruebas en la estabilidad de los sistemas

adaptativos conocidos hasta la fecha.

Los investigadores avanzan en los conceptos de control

robusto y la robustez del control adaptativo comienza a

emplearse para uso comercial.

Actualidad Los avances en control adaptativo tienden hacia los

conceptos de aprendizaje y ciencia computacionales.

Los progresos en microelectrónica han estimulado el

desarrollo del control adaptativo.

Hoy en día la mayoría de los controles permiten el ajuste de

parámetros de alguna manera, siendo un tema de

investigación de amplio interés.

Primeras Nociones El termino Adaptativo significa cambiar el comportamiento

conforme a nuevas circunstancias.

Un Regulador Adaptativo es un regulador que puede

modificar su comportamiento en respuesta a cambios en la

dinámica del sistema y a las perturbaciones.

Este mismo objetivo es el de la inclusión de la realimentación

en el bucle de control, por lo que surge la pregunta:

“¿Cuál es la diferencia entre Control Realimentado y

Control Adaptativo?”

Desarrollo

Control Adaptativo

Definición Es un tipo especial de control el cual consiste en Adaptar

Parámetros Variables de un proceso en tiempo real a fin de

mantener un funcionamiento adecuado en un sistema con

una Realimentación no Lineal.

Escalas de Tiempo El Estado del Proceso puede ser separado en dos escalas

de tiempo, que evolucionan a diferente velocidad:

La Escala Lenta (Lazo Secundario) corresponde a los

cambios de los parámetros y por consiguiente a la velocidad

con la cual los parámetros del regulador son modificados.

En cambio, la Escala Rápida (Lazo Primario) corresponde

a la dinámica del bucle ordinario de realimentación.

Composición Bucle Principal de Realimentación Negativa: Actúa al

igual que en los sistemas convencionales.

Bucle Secundario: Se mide un cierto índice de funcionamiento (Identificador), el cual es comparado con un Criterio de Adaptación (Comparador de Señales) y se procesa el error en un Mecanismo de Adaptación que ajusta los Parámetros del Controlador y en algunos casos actúa directamente sobre la señal de control.

Mecanismo de Adaptación: Presenta una solución en tiempo real al problema de diseño para sistemas con parámetros conocidos.

Control Adaptativo Típico

u(t)e(t)m(t)Ref.

Parámetros

Actualizados

Sensor

Lazo Primario

Comparador

de Criterios

Planta

Identificador

Criterio de

Adaptación

Lazo

Secundario

Perturbaciones

Mecanismo de

Adaptación

Controlador

Ajustable

Control Adaptativo con

Bucle Abierto Existen muchos tipos de controladores que proporcionan

buenas características de regulación en presencia de

cambios de los parámetros del sistema y que según la

definición anterior no son realmente adaptativos, puesto que

la adaptación se realiza en Bucle Abierto.

Cambio por Tabla: Consiste en la modificación de los

parámetros del controlador a partir de una tabla que ha sido

calculada previamente para distintos puntos de

funcionamiento, en función de una Variable Auxiliar.

Control Adaptativo con

Bucle Abierto

u(t)e(t)m(t)Ref.

Mecanismo de

Adaptación

Medición de

Variables

Variable

Auxiliar

Controlador

AjustablePlanta

Perturbaciones

Parámetros

Actualizados

Tener en Cuenta Es muy importante explorar bajo qué circunstancias es

insuficiente utilizar un controlador fijo y será necesario un

controlador adaptativo

Un controlador convencional está pensado para controlar

sistemas cuyos parámetros permanecen constantes.

Cuando se pretende regular un sistema en un punto fijo de

operación, en la mayoría de los casos, se obtiene una buena

aproximación.

Sin embargo, si el punto de funcionamiento cambia, la

aproximación en torno a este punto no seguirá siendo buena.

Es muy importante recordar que la utilización de un

controlador adaptativo no sustituye el buen conocimiento del

proceso que es necesario para elegir las especificaciones, la

estructura del controlador y el método de diseño.

Aplicaciones Muchos problemas de aplicación práctica que no pueden

resolverse mediante el uso de filtros digitales de coeficientes

fijos, pueden ser resueltos con éxito mediante el uso

especial de filtros "Inteligentes", conocidos colectivamente

como filtros adaptativos.

Los coeficientes adaptativos en el diseño del filtro permiten

modificar la respuesta del éste durante su operación

mejorando su rendimiento sin intervención del usuario.

Tipos

Control Adaptativo

EJEMPLO En el diseño de un robot, se le suelen aportar controladores

adaptativos para que estén en capacidad de responder a

situaciones a las que tengan que enfrentarse.

Control Adaptativo

Programado (Gain Scheduling) Consiste en programar una lista completa de:

“Si ocurre (_____) entonces haz (_____).”

Esto supone que se puede anticipar en el momento del

diseño todas las posibles situaciones que se puede

encontrar el robot y se le van a especificar todas las posibles

soluciones.

El sistema no tiene que pensar ni tomar decisiones.

Requiere del conocimiento previo para su implementación.

Control Adaptativo

Programado (Gain Scheduling)

u(t)e(t)m(t)Ref.

Ajuste de

Parámetros

Controlador

AjustablePlanta

Perturbaciones

Parámetros

Actualizados

Control Adaptativo con

Modelo de Referencia (MRAC) Consiste en ofrecerle al robot un buen modelo de referencia

para solucionar las situaciones a las que deba enfrentarse.

Por ejemplo:

“Seguir las decisiones de un humano modelo.”

Esto supone que debe seguir a su modelo, tendrá una

capacidad de decisión, pero está restringida al objetivo.

Intentan alcanzar para una señal de entrada definida, un

comportamiento en bucle cerrado dado por un modelo de

referencia.

Control Adaptativo con

Modelo de Referencia (MRAC)

u(t)e1(t)m(t)Ref.

Mecanismo

de Adaptación

Controlador

AjustablePlanta

Perturbaciones

Parámetros

Actualizados

Modelo de

Referencia

e2(t)

Control Adaptativo

Auto-ajustable (STR) Consiste en diseñar al robot un módulo de estimación de

parámetros que le permitan evaluar la situación y tomar

decisiones en función de reglas generales:

“Si la situación es (_____), entonces haz (_____)”

Tiene una capacidad de decisión, pero está restringida al

objeto de modelo y es mas peligroso de caer en

estabilidad, en caso de una evaluación incorrecta.

Tratan de alcanzar un control óptimo, sujeto a un tipo de

controlador y a obtener información del proceso y sus

señales.

Control Adaptativo

Auto-ajustable (STR)

u(t)e(t)m(t)Ref.

Controlador

AjustablePlanta

Perturbaciones

Parámetros

ActualizadosEstimador de

Parámetros

Diseño del

Controlador

Criterio de

Adaptación

Conclusión Hemos podido observar las razones por las cuales los

controladores adaptativos son necesarios en el uso de los

sistemas físicos:

Por la dinámica variable del proceso.

Por las características de las perturbaciones.

Para la optimización del diseño en Ingeniería.

Finalmente podemos concluir que el concepto Adaptativo

estudiado presenta puntos en común con el concepto de

control inteligente y aprendizaje.