Control difuso

Un controlador es un dispositivo cuya función es hacer que se cumpla algún objetivo planteado en una planta o proceso. Existen distintos métodos para lograr los objetivos de control, se hará énfasis en el control realimentado por ser muy robusto, simple y en general no se necesita conocer tan a fondo el proceso. Demanda poco conocimiento del proceso por parte del ingeniero de control y es el más ampliamente aplicado de todos los métodos. Según Luyben y Luyben, en el libro escrito el año 1997 titulado “Lo esencial del control de procesos”, para el diseño e implementación de un controlador se debe tomar en cuenta algunos aspectos, en este libro se encuentran las siguientes leyes que ayudan en la etapa de diseño. (1) Primera Ley: “El mejor sistema de control es aquél más simple que hará el trabajo”. De todas las soluciones posibles para que el sistema funcione, se debe optar por la más simple. (2) Segunda Ley: “Se debe entender el proceso antes de controlarlo”. Ninguna estrategia de control solucionará el problema si no se conoce como trabaja el proceso. (3) Tercera Ley: “El ejemplo típico de nivel de líquido siempre debe ser controlado”. El sistema de control debe ser capaz de solucionar el simple problema de mantener el nivel de líquido en un rango, en otras palabras, se debe garantizar estabilidad. El objetivo del controlador con lógica difusa es resolver problemas complejos de control a partir de soluciones simples o más simples que otras, a partir de la experiencia de trabajar con el proceso, convirtiéndose esta en la base de conocimiento requerida. Este tipo de controlador en ningún caso intenta desplazar a las técnicas tradicionales de control, por ejemplo PID, se debe emplear control difuso cuando sea necesario, es decir cuando otras herramientas más simples no solucionen el problema de control de manera satisfactoria.

Luyben y Luyben, continúan mencionando que la automatización industrial está presente en todo el mundo, librando al hombre de tareas riesgosa, repetitivas, etc., el paso siguiente en el campo de la automatización es la reducción de costos y el aumento en la calidad de los productos ofrecidos al consumidor, este paso es en el que trabajan continuamente muchas industrias alrededor del mundo. Otro argumento válido para la implementación de controladores difusos es que responden de mejor manera que los controladores lineales ante la variación de parámetros, no linealidades, perturbaciones, tiempos muertos, etc. Diversos fabricantes de insumos para control, software y hardware, están incorporando módulos con lógica difusa, hay muchos anuncios y productos nuevos que incorporan en menor o mayor grado lógica difusa. Del sitio desarrollado por la Empresa FuzzyTech se extraen ocho aplicaciones exitosas en automatización industrial utilizando un “controlador lógico programable con un módulo de lógica difusa” denominado fuzzyPLC: (1) Control de balanceo en grúas. (2) Control de intensidad de llama en plantas de incineración de residuos. (3) Control de dosificación en plantas de tratamiento de aguas negras. (4) Control de robots en inspección de túneles. (5) Control de posición en prensas. (6) Control de temperatura en máquinas de modelado plástico. (7) Control de clima y automatización de edificios. (8) Control en conversores de generadores eólicos. El controlador tiene como entradas a la referencia y a la salida del proceso, como salida del controlador se tiene a las variables que se conectan a la entrada de los actuadores. Normalmente las variables de entrada, referencia y salida del proceso, necesitan un procesamiento para que lleguen al corazón del controlador difuso, es decir al sistema de inferencia propiamente dicho, a esta etapa se le llama pre- procesado, las operaciones comunes aquí son escalamiento, conversión a digital, eliminación de ruido y tendencias, obtención de la señal de error, derivación e integración. La salida también puede requerir algún tipo de procesamiento, a este se le llama post-procesado. El tipo de controlador es determinado por el pre-procesado, aunque el post-procesado también puede determinar el tipo de controlador.

Según Ross, en el libro publicado el año 2004 con el título “Lógica difusa con aplicaciones ingenieriles”, el control de sistemas utilizando lógica difusa es una de las aplicaciones más interesantes de la teoría difusa, en el diseño de sistemas de control, a partir de unas entradas se deben generar unas salidas para actuar sobre determinados mecanismos. La lógica difusa comenzó a utilizarse en controladores por su simplicidad, ya que no requiere de operaciones matemáticas complejas, permitiendo cambiar el diseño mediante la descripción del funcionamiento con lenguaje natural. Los controladores difusos simples por lo general se representan de manera que sus partes interactúan de la siguiente manera: El bloque de interfaz de codificación difusa se encarga de convertir las entradas de referencia y señal del sensor en conjuntos difusos, apoyado por el módulo de base de conocimiento, el cual contiene el conocimiento sobre las entradas y salidas difusas; las entradas codificadas de manera difusa son entregadas al bloque de motor de inferencia, este bloque, apoyado en un conjunto de reglas de la forma “si entonces” almacenadas en la base de reglas, produce varios conjuntos difusos para que el bloque de interfaz de decodificación difusa los tome y los convierta en salidas no difusas.