Diseño de un Observador Anti-Windup para sistemas MIMO aplicado a un modelo de tres tanques

Abstract

[ES] El problema de saturar entradas es un problema común en la práctica de ingeniería de control. Los algoritmos de control con integración del error de control a menudo se aplican en sistemas industriales y los actuadores de esos sistemas suelen ser limitados. Por ejemplo, un motor tiene un par mínimo y máximo dentro del cual se puede operar. Si el controlador desea superar estos límites físicos durante un período más largo, se producen los denominados efectos Windup. Estos efectos Windup pueden causar graves pérdidas de rendimiento o incluso la inestabilidad de la planta. La idea es contrarrestar estos efectos con la implementación de métodos Anti-Windup (AW). Si bien existen varios enfoques para los sistemas de entrada única y salida única (SISO), la tarea del diseño Anti-Windup se vuelve más compleja para los sistemas de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO). El propósito de este Trabajo de Fin de Grado es implementar un método de diseño basado en un observador Anti-Windup de vanguardia basándose en la literatura. El esquema de diseño propuesto se investigará en base a un sistema común de tres tanques y se comparará el rendimiento de dos controladores, uno con AW y otro sin él.

[EN] The problem of saturating inputs is a common issue in control engineering practice. Control algorithms with integration of the control error are often applied in industrial systems and the actuators of those systems are typically limited. For example, a motor has a minimum and a maximum torque he can be operated within. If the controller wants to exceed these physical limits over a longer period, so called Windup effects occur. These Windup effects can cause severe performance losses or even instability of the plant. The idea is to counter these effects with the implementation of Anti-Windup (AW) methods. While various approaches exist for single-input-single-output (SISO) systems, the task of Anti-Windup design becomes more complex for so called multi-input-multi-output (MIMO) systems. The purpose of this Bachelor Thesis is to implement a state-of-the-art Anti-Windup observer based design method from literature. The proposed design scheme shall be investigated based on a common three tank system and the performance of two controller, one with AW and one without, are to be compared.