Controlador cuadrático lineal con acción de control por adelanto y estabilidad robusta para hornos solares

Abstract

[EN] Solar energy represents a versatile renewable source that can be used in materials resistance experiments through solar furnaces. This article examines the application of optimal controllers based on linear quadratic tracking with feedforward control action (LQT-FF) to control solar furnaces used in material thermal stress tests. The proposed LQT-FF controller is based on previous studies thatoffer an analytical solution based on a linear model of the solar furnace, thereby reducing the computational cost of the optimalcontrol algorithm. The main contribution of this work lies in the incremental formulation of this model, incorporating an artificialintegrator to the original states. Additionally, robust stability analysis is used to tune the LQT-FF, considering the closed-loop stateestimator. The proper functioning of the proposed controller has been verified on a nonlinear model of the SF60 solar furnace at the Plataforma Solar de Almería. The obtained results represent a significant advance in existing optimal controllers in the literature, as the LQT-FF controller results in an optimal control law with disturbance rejection formulated through an incremental form of inputs, which eliminates reference tracking error with stable tuning for the entire operating range of the plant. On the other hand, this control law can be efficiently implemented with lower computational effort, which is crucial for its implementation.

[ES] La energía solar representa una fuente renovable, versátil y confiable que puede emplearse en experimentos de resistencia de materiales mediante el uso de hornos solares. En este artículo se examina la aplicación de controladores óptimos basados en seguimiento cuadrático lineal con acción de control por adelanto (LQT-FF, por sus siglas en inglés, Linear Quadratic Tracking-FeedForward) para el control de hornos solares utilizados en pruebas de estrés térmico de materiales. El controlador LQT-FF propuesto se fundamenta en estudios previos que ofrecen una solución analítica basada en un modelo lineal del horno solar, reduciendo en este caso el coste computacional del algoritmo de control óptimo. La contribución principal de este trabajo radica en la formulación incremental de este modelo, incorporando un integrador artificial a los estados originales. Además, se utiliza el análisis de estabilidad robusta para sintonizar el LQT-FF considerando el estimador de estados en lazo cerrado. El correcto funcionamiento del controlador propuesto se ha verificado sobre un modelo no lineal del horno solar SF60 de la Plataforma Solar de Almería. Los resultados obtenidos suponen un avance significativo en los controladores óptimos existentes en la literatura, ya que el controlador LQT-FF resulta en una ley de control óptima con rechazo de perturbaciones formulada mediante una forma incremental de las entradas, la cual elimina el error de seguimiento de referencia con una sintonía estable para todo el rango de operación de la planta. Por otro lado, esta ley de control se puede implementar eficientemente y con menor esfuerzo computacional, lo que resulta crucial para su implementación.