Un nuevo enfoque a la auto-sintonía de controladores PID

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.17979/ja-cea.2025.46.12077

Palabras clave:

Control adaptativo, Autotuner, Identificación para control, Diseño de entrada y excitación, Identificacioón en bucle cerrado

Resumen

Este trabajo presenta un nuevo enfoque a la estrategia de autoajuste para controlar el pH en reactores raceway, partiendo de los principios de autoajuste clásicos basados en relés. Se propone un método de relé aplicado a la referencia que permite una integración perfecta en los lazos de control existentes sin necesidad de recalibración manual durante las estaciones del año o de intervención del operario. Se identificaron dos modelos diferentes: de primer orden con retardo, y de integrador con retardo, y se introdujo un algoritmo de clasificación para evaluar las perturbaciones en la radiación solar, mejorando la fiabilidad del autoajuste en presencia de nubes. El esquema de control está constituido por un controlador Proporcional-Integral con antiwindup y compensación por adelanto estática para contrarrestar el efecto de la radiación, con todos sus parámetros ajustados automáticamente. Se ha comprobado mediante simulación que el algoritmo de adaptación permite una mejora de la regulación del pH comparado con un esquema de parámetros fijos. 

Referencias

Åström, K. J., Hägglund, T., 1984. Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins. Automatica 20 (5), 645–651, https://doi.org/10.1016/0005-1098(84)90014-1.

Berenguel, M., Rodrıguez, F., Acién, F. G., García, J. L., 2004. Model predictive control of pH in tubular photobioreactors. Journal of Process Control 14 (4), 377–387, https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2003.07.001.

Berner, J., 2017. Automatic controller tuning using relay-based model identification Doctoral Thesis (compilation), Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Lund University.

Berner, J., Soltesz, K., 2017. Short and robust experiments in relay autotuners. In: 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). IEEE, pp. 1–8, https://doi.org/10.1109/ETFA.2017.8247696.

Caparroz, M., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Acién, F. G., 2024. A novel data-driven model for prediction and adaptive control of pH in raceway reactor for microalgae cultivation. New Biotechnology 82, 1–13, https://doi.org/10.1016/j.nbt.2024.04.001.

Caparroz, M., Guzmán, J. L., Gil, J. D., Berenguel, M., Acién, F. G., 2025. A hybrid MRAC-PI approach to regulate pH in raceway reactors for microalgae production. Control Engineering Practice 156, 106191, https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2024.106191.

González-Hernández, J., Rodríguez-Miranda, E., Guzm´an, J. L., Acién, F. G., Visioli, A., 2022. Temperature optimization in microalgae raceway reactors by depth regulation. Revista Iberoamericana de Autom´atica e Inform´atica Industrial 19(2), 164–173, https://doi.org/10.4995/riai.2022.16586.

Guzmán, J. L., Hägglund, T., 2024. Feedforward Control: Analysis, Design, Tuning rules, and Implementation. Walter de Gruyter GmbH & Co KG.

Nordio, R., Rodríguez-Miranda, E., Casagli, F., Sánchez-Zurano, A., Guzmán, J. L., Acén, G., 2024. Abaco-2: a comprehensive model for microalgae-bacteria consortia validated outdoor at pilot-scale. Water Research 248, 120837, https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120837.

Pataro, I. M. L., Gil, J. D., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Lemos, J. M., 2023. A learning-based model predictive strategy for pH control in raceway photobioreactors with freshwater and wastewater cultivation media. Control Engineering Practice 138, 105619, https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2023.105619.

Razzak, S. A., Bahar, K., Islam, K. O., Haniffa, A. K., Faruque, M. O., Hossain, S. Z., Hossain, M. M., 2024. Microalgae cultivation in photobioreactors: Sustainable solutions for a greener future. Green Chemical Engineering 5 (4), 418–439, https://doi.org/10.1016/j.gce.2023.10.004.

Skogestad, S., Grimholt, C., 2012. The SIMC Method for Smooth PID Controller Tuning. In: Vilanova, R., Visioli, A. (eds) PID Control in the Third Millennium. Advances in Industrial Control. Springer, London. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-2425-2 5.

Yu, B. S., Pyo, S., Lee, J., Han, K., 2024. Microalgae: a multifaceted catalyst for sustainable solutions in renewable energy, food security, and environmental management. Microbial Cell Factories 23 (1), 308, https://doi.org/10.1186/s12934-024-02588-7.

Descargas

Publicado

01-09-2025

Número

Sección

Ingeniería de Control