UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANASEDE QUITO

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PLAN DE PROYECTO TÉCNICO

IMPLEMENTACIÓN Y ANÁLISIS DE UN CONTROL NEURO-DIFUSO TIPO ANFIS FRENTE A UN CONTROL PID CONVENCIONAL APLICADO AL

SISTEMA DEL PÉNDULO INVERTIDO PERTENECIENTE A LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA.

AUTORES:

MARIA JOSE JARA CHICODIEGO RAUL ROCHA PROAÑO

QUITO, marzo del 2015

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad los sistemas electrónicos poseen una gran variedad de métodos de control, los cuales son empleados en servicio de la industria. Uno de los sistemas más usados en el campo industrial es el control PID debido a su robustez, eliminación de error y perturbación estacionaria, pero poseen una clara deficiencia cuando al sistema completo se le presentan perturbaciones externas como ruido, interferencias, dinámicas no modeladas, cambios de parámetros, comunes en un ambiente industrial.

Sin embargo no todos los problemas de control pueden ser formulados mediante métodos utilizados en el control PID convencional para resolverlos, de forma sistemática se han desarrollado un gran número de métodos que de manera colectiva se los denomina Metodologías de Control Inteligente entre los cuales se encuentran los sistemas neuro-difusos tipo ANFIS, los cuales engloban un conjunto de tecnologías que se complementan entre sí, es decir, los sistemas difusos y las redes neuronales artificiales poseen la capacidad para manejar información imprecisa e incierta.

La Universidad Politécnica Salesiana cuenta con módulos de control PID análogos y digitales los cuales han sido estudiados y utilizados durante varios períodos académicos, por lo que los estudiantes de la carrera de Ingeniería Electrónica no se han familiarizado con diferentes tecnologías de control inteligente que se encuentran desarrollándose y aplicándose en ciertos sectores de la industria y en el campo investigativo a nivel nacional e internacional.

La investigación de los sistemas neuro-difusos tipo ANFIS a nivel internacional es un campo altamente explorado actualmente, debido a la necesidad cada vez mayor de automatizar y optimizar procesos, además de realizar aplicaciones innovadoras. A nivel nacional el campo de aplicación de los modelos neuro-difusos tipo ANFIS sobre los sistemas de control de procesos no ha sido muy explorado.

Este proyecto tiene como propósito elaborar un documento de ayuda y guía para la elaboración de futuros proyectos que tengan inmersos algún tipo de control neuro-difuso tipo ANFIS puesto que se detalla todos los parámetros y condiciones de diseño. Además como ya se ha mencionado se realizará un análisis comparativo entre el control PID convencional y el control neuro-difuso, con la finalidad de verificar el mejor desempeño de las acciones de control propias de cada regulador.

2.- TEMA

Implementación y análisis de un control neuro-difuso tipo ANFIS frente a un control PID convencional aplicado al sistema del péndulo invertido perteneciente a la Universidad Politécnica Salesiana.

3.- JUSTIFICACIÓN

En la actualidad los sistemas de control se han ido desarrollando paulatinamente, en este desarrollo se encuentra el control PID convencional que es utilizado en el área industrial, pero presenta una deficiencia en el momento que el controlador de la planta, necesita calibración o ajuste de algún tipo de parámetro, que haga que su rendimiento sea el más óptimo ya que para ello siempre es necesario de personal capacitado, el mismo que utilizando los criterios de ajuste analítico o experimental ingresa datos o realiza variaciones hasta encontrar una solución.

Existen sistemas que presentan un comportamiento complejo el cual no puede ser modelado matemáticamente de forma precisa, estos tienen que recurrir a la experiencia humana para realizar un sistema de control inteligente, se debe recurrir entonces a un modelo inteligente, como por ejemplo un control neuro-difuso tipo ANFIS el cual puede tomar información de un experto y por medio de reglas y un bloque de inferencia, realiza un algoritmo de aprendizaje el cual se actualiza de manera automática, dependiendo de los parámetros y condiciones del sistema, toma la mejor decisión que normalmente tomaría un experto humano. Actualmente hay muchos trabajos de investigación referentes a los sistemas de control inteligentes pero que han utilizado técnicas de control en forma individual (lógica difusa, redes neuronales artificiales, algoritmos genéticos, etc).

En varias universidades del país se han incorporado en los programas analíticos de ciertas carreras de Ingeniería el estudio de estos sistemas de control inteligente. Dentro del área de Ingeniería de Control Inteligente, desde hace varios años se han desarrollado diversas tesis y estudios de investigación referentes a los sistemas difusos, redes neuronales, algoritmos genéticos, entre otros; obteniéndose grandes resultados que han aportado conocimiento académico y científico. No obstante, hasta la actualidad el campo de aplicación de los modelos neuro-difusos tipo ANFIS sobre los sistemas de control de procesos no ha sido muy explorado.

Este proyecto de titulación, es de carácter investigativo y práctico. Se cuenta de antemano con la planta (péndulo invertido) sobre la cual se implementará un controlador neuro-difuso tipo ANFIS a nivel de software y se realizará las respectivas pruebas de funcionamiento y desempeño, así como también se obtendrá un análisis comparativo entre un control PID convencional y un control neuro-difuso tipo ANFIS.

4.- OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Implementación y análisis de un control neuro-difuso tipo ANFIS frente a un control PID convencional aplicado al sistema del péndulo invertido perteneciente a la Universidad Politécnica Salesiana.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Investigar el funcionamiento del control neuro-difuso tipo ANFIS y estudiar el comportamiento de la planta (Péndulo Invertido) que servirá como herramienta para aplicar el controlador que se pretende diseñar.

Establecer el software que aporte las mejores prestaciones en el desarrollo del controlador neuro-difuso tipo ANFIS.

Desarrollar y verificar el funcionamiento del controlador neuro-difuso tipo ANFIS, sobre la función de transferencia del péndulo invertido, así como sobre el sistema físico real.

Realizar un análisis comparativo entre el control PID convencional y el controlador neuro-difuso tipo ANFIS desarrollado.

Comparar los resultados de un sistema de control neuro-difuso tipo ANFIS obtenidos mediante simulación, frente al sistema de control aplicado sobre la planta física.

DOCENTE GUÍA:

----------------------------------------------ING. JUNIOR FIGUEROA