Sistema de control de flujos a lazo cerrado mediante controlador lineal basado en imágenes

Título

Sistema de control de flujos a lazo cerrado mediante controlador lineal basado en imágenes

Colaborador

Artana, Guillermo

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2013-12-26

Extensión

238 p.

Resumen

El presente trabajo estudia los sistemas de control de flujos a lazo cerrado de naturaleza predictiva. En particular, se centra el estudio en la definición de un sistema basado en imágenes que controlen el flujo de un fluido en el experimento prototipo del escurrimiento sobre un cilindro, con posibilidad de implementación en tiempo real. Se elige este escenario por tratarse de una experiencia de oscilación autosostenida por el flujo, y por lo tanto, con características fuertemente no lineales que deben ser sobrellevadas por el controlador lineal en desarrollo. Se define un sistema que estabiliza la estela del cilindro utilizando el procesamiento de imágenes. A tal fin, se realiza una simulación numérica sobre el flujo del fluido a través del cilindro. Se inyectan trazadores pasivos en el escurrimiento y se utilizan imágenes para medir la concentración e identificar el modelo AutoRegressive with eXtra inputs (ARX) que caracteriza al sistema físico. Se implementa un algoritmo Generalized Predictive Controller (GPC) que calcula la actuación necesaria para estabilizar la estela a través del agregado de cantidad de movimiento tangencial a las paredes del cilindro mediante la inyección de plasma. El algoritmo de control es ejecutado desde el código de simulación que queda a la espera de una respuesta para continuar con el procesamiento. Para ello, se crean interfaces de comunicación entre el simulador (Fortran) y el controlador (C++ y Matlab). Tanto el diseño de la experiencia como el desarrollo de los algoritmos se realiza con el objetivo de ser utilizados en un entorno de ejecución real en trabajos futuros. Se realizan algunos avances en el uso de General-Purpose Computing on Graphics Processing Units (GPGPU) mediante CUDA C/C++ sobre sectores del código que requieren alto paralelismo a fin de aumentar la performance en posibles escenarios de tiempo real. La efectividad del sistema de control y del algoritmo creado son comprobadas mediante di versas simulaciones numéricas para distintos escenarios. Los datos experimentales son analizados y expuestos junto a posibilidades de mejora para trabajos futuros.