Diseño de un control no lineal adaptativo para controlar el nivel de agua aplicado a un sistema de tanques en cascada usando NIDAQ USB 6211

Abstract

El presente trabajo de tesis aborda el diseño de un controlador no lineal adaptativo para el control del nivel de agua en un sistema de tanques en cascada. La hipótesis principal es que un controlador no lineal adaptativo es capaz de mejorar significativamente la respuesta del sistema en términos de tiempo de establecimiento, sobreimpulso y error en estado estacionario en comparación con controladores tradicionales. Para validar esta hipótesis, se diseñaron y compararon tres tipos de controladores: un MRAC con regla MIT, un MRAC con método Lyapunov y un controlador PID sintonizado mediante técnicas MRAC. La metodología empleada incluyó la identificación de un modelo Hammerstein para representar el sistema de tanques, seguido por la simulación de los controladores en Simulink de MATLAB. Se realizaron pruebas con una señal de entrada cuadrada de 5 cm de amplitud para evaluar la capacidad de seguimiento y la adaptación de los parámetros de cada controlador. Los criterios de comparación fueron el tiempo de establecimiento, el tiempo de pico y el sobreimpulso. Las conclusiones principales indican que el controlador PID sintonizado con técnicas MRAC presentó el mejor desempeño general, con un sobreimpulso nulo y un tiempo de establecimiento de 160 segundos. Los controladores MRAC, tanto con la regla MIT como con el método Lyapunov, también demostraron un desempeño adecuado. Estos hallazgos sugieren que la implementación de controladores no lineales adaptativos es una estrategia efectiva para el control preciso del nivel de agua en sistemas de tanques en cascada, con potenciales aplicaciones en diversos procesos industriales.

This thesis work deals with the design of an adaptive nonlinear controller for water level control in a cascade tank system. The main hypothesis is that an adaptive nonlinear controller is able to significantly improve the system response in terms of settling time, overshoot and steady state error compared to traditional controllers. To validate this hypothesis, three types of controllers were designed and compared: an MRAC with MIT rule, an MRAC with Lyapunov method and a PID controller tuned using MRAC techniques. The methodology employed included the identification of a Hammerstein model to represent the tank system, followed by simulation of the controllers in MATLAB Simulink. Tests were performed with a 5 cm amplitude square input signal to evaluate the tracking capability and parameter tuning of each controller. The comparison criteria were settling time, peak time and overshoot. The main findings indicate that the PID controller tuned with MRAC techniques had the best overall performance, with zero overshoot and a settling time of 160 seconds. The MRAC controllers with both the MIT rule and the Lyapunov method also demonstrated adequate performance. These findings suggest that the implementation of adaptive nonlinear controllers is an effective strategy for accurate water level control in cascade tank systems, with potential applications in various industrial processes.