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© Copyright Adaptive Predictive Expert Control ADEX, S.L. 2006

Adaptive Predictive Expert ControlAdaptive Predictive Expert Control

Control Adaptativo Predictivo Experto

Esta presentación se ha extractado del libro: “Control Adaptativo Predictivo Experto: Metodología, Diseño & Aplicación”, publicado por la UNED en 2005. Los contenidos fueron introducidos originalmente con todo detalle en varias patentes, publicaciones y libros y son la base de un curso intensivo de formación. Aunque ADEX está diseñado para ser operado con un mínimo de conocimiento, es importante que tanto ingenieros como gestores comprendan las implicaciones de esta tecnología para el futuro diseño de plantas industriales.

ADEX COP CONTROL & OPTIMIZATION PLATFORM

NUEVO ESTÁNDAR

PARA EL CONTROL & LA OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS

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IndiceIndice

Evolución en el control de procesos

El Antecedente: Control Adaptativo Predictivo

Control Adaptativo Predictivo Experto

El Producto Software: ADEX COP

Aplicaciones

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EVOLUCIEVOLUCIÓÓN EN LAN EN LAOPERACIOPERACIÓÓN DE PROCESOSN DE PROCESOS

CONTROL MANUAL

Antes del inicio de la automatización, los procesos industriales estabancontrolados por operadores, que observaban la evolución del proceso y hacían ajustes manuales sobre las señales de control. Por ejemplo en el control de hornos, el operador bajaba el nivel de combustible cuandoobservaba una temperatura demasiado alta. El operador se basaba parasu actuación en la experiencia que tenía y en su conocimiento de la dinámica del proceso, pero basicamente su actuación era una reacción al error ya producido.

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CONTROL MANUAL

AUTOMATIZACIÓN* CONTROLADORES PID

Estos controladores producían la acción de control a partir del error entre la “consigna” (valor deseado permanente para la variable bajo control) y el valormedido de dicha variable, es decir, estos controladores reaccionaban al error yaproducido (denominandose esta estrategia realimentación negativa).Dado que los procesos industriales suelen responder a relaciones causa-efectodesconocidas, complejas y variables con el tiempo, la aplicación de loscontroladores PID requiere en muchos casos de ajustes manuales tediosos y a menudo su rendimiento no es satisfactorio. Durante muchos años ha existidopues un vacío metodológico en la práctica del control industrial.

La tecnología electrónica analógica permitió el inicio de la automatización y los controladoresPID (Proporcional, Integral y Derivativo) pasaron a ser utilizados en la industria, reduciendo la necesidad de una atencióncontinua del operador, llegando a ser la herramienta estandar de control industrial.

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CONTROL MANUAL


* SISTEMAS EXPERTOS

El intento de superar el vacío dejado por los controladores PID, llevó al desarrollo de sistemas expertos que emulaban la actuación de operadoresexperimentados aplicando reglas al control del proceso. Obviamente el rendimiento de estos sistemas no podía exceder el del operador, eransistemas ad hoc, dificiles de desarrollar y mantener, y sensibles a los cambiosen la dinámica del proceso. Los resultados en definitiva no respondieron a lasexpectativas que estos sistemas habían despertado.

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CONTROL AVANZADO* CONTROL ADAPTATIVO PREDICTIVO

CONTROL MANUAL


* SISTEMAS EXPERTOS

Una solicitud de patente en 1976 introdujola metodología de Control Adaptativo predictivo (CAP), cuya innovación principal era el principio de control predictivo. El control predictivo hace la salida del proceso predicha igual a la salida deseaday utiliza un modelo para las prediccionesque puede ser adaptado (ajustadoautomáticamente en tiempo real)

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CONTROL MANUAL


* SISTEMAS EXPERTOS

Soluciones de control predictivo basadas en un modelo fijo han sido aplicadas en la industria con relativo éxito. Sin embargo, requieren de un esfuerzo y coste considerable para desarrollar el modelo necesario para iniciar la acción de control y su rendimiento se deteriora debido a la falta de adaptación cuando la dinámica del proceso cambia.

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CONTROL MANUAL


* SISTEMAS EXPERTOS

El CAP está basado en un modelo que es adaptado permanentemente y es capaz de identificar en tiempo real la dinámica del proceso y sus cambios. Se implementa con rapidez, es sencillo en su operación, fiable, eficiente y de coste reducido.

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** CONTROL ADAPTATIVO PREDICTIVO EXPERTO ADEX



CONTROL MANUAL


* SISTEMAS EXPERTOS

Una nueva metodología de control que combina el CAP con el control experto, patentada en 2001, fue introducida para considerar situaciones en las que la operación del proceso es anormal y, asimismo, para introducir el conocimientodel proceso del que se dispone en el controlador. En ella está basada la serie de robustos controladores ADEX disponibles hoy en día en la industria.

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El Antecedente:

Control Adaptativo Predictivo

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ISA Sociedad de Instrumentación, Sistemas y Automatización

CONTROL ADAPTATIVO PREDICTIVOCONTROL ADAPTATIVO PREDICTIVO

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CONTROL PREDICTIVO :

PREDICHO = DESEADOPREDICHO = DESEADO

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL PROCESO

En cualquier proceso industrial, tenemos una salida que queremoscontrolar y la señal de control quepodemos manipular.

Pero, ¿quien va a generar la señal de control?

DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUES

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SALIDADESEADA

SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

MODELOPREDICTIVO PROCESO


La señal de control es generada por el modelo predictivo a partir de la salida deseada, de acuerdo con el principio de control predictivo. Por tanto, el modelo predictivo calcula la señal de control que hace la salida predicha del proceso igual a la deseada.

Pero, ¿quien va a generar la salida deseada?

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SET POINT SALIDADESEADA

SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE MODELOPREDICTIVOCONDUCTOR PROCESO


La salida deseada es generada por el bloque conductor a partir del set point o consigna fijado por el operador. De hecho la salida deseada tiene la significación de ser una trayectoria deseada que debería de ser seguida porla salida del proceso para alcanzar el set point.

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL



Si el modelo predictivo fuera perfecto y no hubiera perturbaciones actuandosobre el proceso, este diagrama de bloques definiría un sistema de control ideal. Sin embargo, no es realista considerar que "a priori“ se dispone de un modelo perfecto y, adicionalmente, siempre existen perturbaciones que actúansobre el proceso. Es por ello que este diagrama de bloques debe completarse con un mecanismo de adaptación.

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL


MECANISMOADAPTATIVO


El mecanismo adaptativo actúa a dos niveles. En un primer nivel , a partir de las señales de E/S del proceso y del error de predicción, el mecanismo adaptativo ajusta los parámetros del modelo predictivo para hacer que el error de predicción tienda hacia cero.

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL


MECANISMOADAPTATIVO


En un segundo nivel, el mecanismo adaptativo informa al bloque conductor sobre el estado actual del proceso y sobre la desviación de la salida del proceso de la trayectoria deseada. Esta información la utiliza el bloque conductor para redefinir la trayectoria deseada en dicho instante de control.

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL


MECANISMOADAPTATIVO


El Control Adaptativo Predictivo, de acuerdo con este diagrama de bloques, ha demostrado un funcionamiento excelente en su aplicación a procesos industriales siempre que exista una relación causa-efecto que determina la dinámica del proceso y siempre que esta relación se pueda identificar por medio de un modelo.

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Publicaciones Científicas• “A New Solution to Adaptive Control”, Proceedings of the IEEE, Vol. 64, pp. 1209-1218, Autor: J.M.Martín Sánchez, 1976.

• “A Stable Adaptive Predictive Control System”, International Journal of Control, Vol.39, pp. 215-234. Autores: J.M. Martín Sánchez, S.L. Shah y D.G. Fisher, 1984.

• “Multivariable Adaptive Predictive Control of a Binary Distillation Column”, Automatica (IFAC), Vol. 20, pp. 607-620. Autores: J.M. Martín Sánchez y S.L. Shah, 1984.

• “A Globally Stable APCS in the Presence of Bounded Noises and Disturbances”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. AC-29, pp. 461-464. Autor: J.M. Martín Sánchez, 1984.

• “Adaptive Predictive Control: From the Concepts to Plant Optimization”, Prentice Hall. Autores: J.M. Martín Sánchez y J. Rodellar. 1996.

• “Adaptive Predictive Control: Limits of Stability”, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, Vol. 11, No.4, pp. 263-284. Autores: J.M. Martín Sánchez y J. Rodellar. 1997.

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LIMITACIONES

DOMINIO DE

FUNCIONAMIENTO AP

Con frecuencia la relación causa-efecto de un proceso está presente en ciertos dominios de operación, mientras que en otros no existe o no puede ser modelada en tiempo real con seguridad. En estos otros dominios, no se recomienda la aplicación de control AP.

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CONTROL ADAPTATIVO PREDICTIVO EXPERTO

ADEX

La última versión de control Adaptativo Predictivo –ADEX– tiene en cuentalas limitaciones del control AP, encontradas en numerosas aplicacionesindustriales, y presenta una solución metodológica para superarlas queutiliza los principios del control experto.

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DOMINIO EXPERTO (EX) - U

DOMINIO DE

FUNCIONAMIENTO APDOMINIO ADAPTATIVO PREDICTIVO(AP) - C

AP - U

AP - L

EX - L

DOMINIO EXPERTO (EX) - U

Dominio superior paracontrol experto

Dominio superior para controladaptativo predictivo

Dominio inferior para control adaptativo predictivo

Dominio inferior para controlexperto

ADEX combina el Control AP con el Control Experto mediante la definición de dominios de operación para ambos en una estructura de control integrada

Dominiocentral para control adaptativo predictivo

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE BLOQUE

CONTROLCONDUCTORPROCESO

MECANISMOADAPTATIVO

BLOQUEEXPERTO

DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUESUn bloque experto utiliza plenamenteel conocimiento disponible sobre el proceso, decide cuando y como se aplica control AP y control experto

DE

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE BLOQUE


MECANISMOADAPTATIVO

BLOQUEEXPERTO

DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUESUn bloque experto utiliza plenamenteel conocimiento disponible sobre el proceso, decide cuando y como se aplica control AP y control experto

Puede observarse que el logo representa el diagrama de bloques

DE

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE BLOQUE


MECANISMOADAPTATIVO

BLOQUEEXPERTO


DE

El bloque experto determina si el bloque de control es un modelopredictivo o un sistema experto queaplica reglas

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE BLOQUE


MECANISMOADAPTATIVO

BLOQUEEXPERTO


DE


El bloque experto puede modificar el criterio de rendimiento del bloqueconductor para generar la trayectoriadeseada cuando se aplica control AP

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SALIDA DELPROCESO

SEÑAL DECONTROL

BLOQUE BLOQUE


MECANISMOADAPTATIVO

BLOQUEEXPERTO


DE


El bloque experto puede modificar el criterio de rendimiento del bloqueconductor para generar la trayectoriadeseada cuando se aplica control AP

El bloque experto determina la adaptación teniendo en cuenta lascondiciones de operación bajo CAP

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

10 CO

22 CO

Señal deControl

ValorInicial

Set Point

0

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

10 CO

22 CO

Señal deControl

ValorInicial

Set Point

0El primer paso consiste en definir los dominios de operación del controlador

ADEX, es decir, cuando se aplica control AP y cuando se aplica control experto

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Señal deControl

DOMINIO AP

DOMINIOEXPERTO

0

Set Point 22 CO

10 COValorInicial

El dominio AP se definiráalrededor del set point, dondeel control optimizado es crítico

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Señal deControl

DOMINIO AP

DOMINIOEXPERTO

0

Set Point 22 CO

10 COValorInicial

El dominio AP se definiráalrededor del set point, dondeel control optimizado es crítico

El dominio experto se definirá en la zona inferior, donde la precisión del control no es crítica, y el objetivo es simplemente conducir la temperatura al dominio AP o parar el calentamiento

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Señal deControl

CONTROL

EXPERTO

CONTROL

AP

0

Set Point 22 CO

10 COValorInicial

DOMINIO AP

DOMINIOEXPERTO

ADEX empieza aplicando control experto, imitando el control manual de un operator

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Señal deControl

CONTROL

EXPERTO

CONTROL

AP

0

Set Point 22 CO

10 COValorInicial

DOMINIO AP

DOMINIOEXPERTO


Una vez en el dominio AP, el control AP guía la temperatura hacia el set point

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Ejemplo Ilustrativo

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Señal deControl

CONTROL

EXPERTO

CONTROL

AP

0

Set Point 22 CO

10 COValorInicial

DOMINIO AP

DOMINIOEXPERTO

El bloque de control define la trayectoria deseada en el dominio AP


Una vez en el dominio AP, el control AP guía la temperatura hacia el set point

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Capacidades de la Metodología

Eficacia probada del Control Adaptativo Predictivo

Robustez propia del Control Experto

Uso del conocimiento disponible sobre el proceso y su dinámica

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Sección Española

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ADEX COP CONTROL & OPTIMIZATION PLATFORM

ADEX COP 2.0

Estructura, Diseño y Aplicación

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Adaptive Predictive Expert ControlAdaptive Predictive Expert ControlAplicación al Control y la Optimización

ENV IO

DE

DA

T OS

SALIDASADEX

CONTROLADORES

ADEX

SISTEMA DE CONTROL LOCAL

PROCESO

ENTRADASADEX

TOM

A D

E D

ATO

SLÓGICA DE

OPTIMIZACIÓNLÓGICA DE

OPTIMIZACIÓN

OPTIMIZADOR ADEX COP 2.0OPTIMIZADOR ADEX COP 2.0

LÓGICA DE ENCLAVAMIENTO

ADEX COP 2.0 es una plataforma software que permite el desarrollo de estrategias de control y optimización en las que se insertan controladores ADEX. COP significa“Control and Optimisation Platform”.

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Aplicación al Control y la Optimización

ENV IO

DE

DA

T OS

SALIDASADEX

CONTROLADORES

ADEX

SISTEMA DE CONTROL LOCAL

PROCESO

ENTRADASADEX

TOM

A D

E D

ATO

S

LÓGICA DE OPTIMIZACIÓN

LÓGICA DE OPTIMIZACIÓN

OPTIMIZADOR ADEX COP 2.0OPTIMIZADOR ADEX COP 2.0

LÓGICA DE ENCLAVAMIENTO

El diseñadorpuede decidirel tratamientode lasvariables de entrada y salida de loscontroladoresADEX

ADEX COP envía al sistemalocal el control optimizado

Los controladores ADEX se integran en la lógica de control y optimización requerida para la optimización del proceso

ADEX COP permite la integración con el sistema de control local

ADEX COP recibe losdatos del sistema de control local

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APLICACIONES INDUSTRIALESAlgunos Testimonios

ControlControlAdaptativoAdaptativoPredictivoPredictivoExpertoExperto

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Adaptive Predictive Expert ControlAdaptive Predictive Expert ControlADEX COP

CONTROL & OPTIMIZATION PLATFORM

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“Las grandes dificultades hasta saberselo son, que sabido todo es facil”

Calderon de la Barca


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