Control descentralizado adaptativo con PI por ganancia programada de un sistema de refrigeración por compresión de vapor

Abstract

ResumenEste documento aborda el problema de control de un sistema de refrigeración por compresión de vapor propuesto como benchmark para el CIC2018. Este sistema de refrigeración es un proceso no lineal multivariable que muestra interacciones y está sujeto a restricciones de entrada. En este trabajo, se propone una estructura de control descentralizado a través de dos controladores PI adaptativos por ganancia programada para diferentes modelos lineales identificados en varios puntos de operación. Dichos controladores se ajustan mediante algoritmos genéticos para minimizar un índice de rendimiento múltiple. Además, se implementa un generador de consignas óptimo para el lazo de sobrecalentamiento cuyo objetivo es lograr puntos de operación estacionarios con un coeficiente de rendimiento máximo, el cual es una medida de eficiencia generalizada en estos sistemas. Las simulaciones consideradas en el concurso muestran que el diseño propuesto logra un mejor rendimiento que el caso de referencia.Palabras clave: ciclo de refrigeración por compresión de vapor, control adaptativo, control PID, generación óptima de consignas. INTRODUCCIÓNEl ciclo de refrigeración por compresión de vapor (VCRC) es la tecnología líder en generación de frío tanto para uso doméstico y comercial como para aplicaciones industriales [11]. Procesos de refrigeración como el control de temperatura en edificios o automóviles, o los refrigeradores de supermercados para almacenamiento y transporte de alimentos implican un gran consumo de energía y tienen un importante impacto económico y ambiental, como avalan varios estudios [12]. La mejora de la eficiencia energética en dichos sistemas a través del control y optimización de su funcionamiento es un problema clave [5]. La mayoría de los sistemas VCRC constan de cuatro elementos principales: dos intercambiadores de calor (evaporador y condensador), una válvula de expansión y un compresor. El calor es transferido por el refrigerante desde un espacio de temperatura más baja (foco frío) o desde el fluido secundario del evaporador a un ambiente de alta temperatura (foco caliente) o al fluido secundario del condensador. Generalmente, hay dos variables manipuladas para operar el sistema: la velocidad del compresor y el grado de apertura de la válvula de expansión. Los flujos másicos secundarios y sus temperaturas de entrada en el evaporador y el condensador actúan como perturbaciones. Estos sistemas son procesos multivariables que muestran interacciones y dinámicas no lineales bajo un ancho rango de condiciones de operación. En los últimos años, muchos investigadores han prestado atención al control de los sistemas VCRC utilizando diferentes enfoques, como el control PID descentralizado [6], control multivariable por desacoplo [9], control predictivo [7] y control robusto [1], entre otros.Este trabajo se centra en el problema de control del sistema VCRC propuesto en el benchmark CIC2018. En este caso, el proceso de refrigeración puede enfocarse como un sistema multivariable con dos variables (la temperatura de ...