Control Optimizante para regulación

R. Mayorca / G. Sotelo; División PROCESS AUTOMATION ABB S.A., Octubre 2012
Control Optimizante para regulación
del consumo de floculante en
espesadores de relaves
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Introducción
En el presente trabajo se desarrolla una estrategia de control optimal para la regulación de la
densidad de descarga y turbidez del agua clarificada en una espesador de relave a través de la
dosificación eficiente de floculante. La estructura de control presentada toma en cuenta los
criterios de desempeño que es una medida de la calidad del comportamiento o evolución de las
variables. Uno de los criterios de desempeño utilizado es el de tiempo mínimo, es decir, se
busca la acción de control que produzca la trayectoria tal que el tiempo en alcanzar la
referencia de densidad y turbidez sea el mínimo posible conllevando a un menor consumo de
floculante. Asimismo se atribuye una penalidad a las transiciones de estado que se alejan
demasiado de los valores de referencia o setpoint, con lo cual se trata de satisfacer un error
aceptable en alcanzar las referencias.
Para el desarrollo de la estrategia de control se han obtenido modelos del sistema basado en la
respuesta transitoria a los cambios de flujo de floculante. Los modelos han sido tratados para
determinar las ganancias del controlador óptimo y se realizan simulaciones para verificar su
funcionalidad e implementación.
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Estrategia de control convencional
1.
Dosificación de floculante se controla por medio de un dispositivo de
detección de nivel de cama o turbidímetro en agua clarificada.
2.
Control de torque mediante presión hidraúlica o corriente eléctrica.
3.
Control de densidad de descarga mediante regulación de flujo en la
descarga.
4.
Supervisión de turbidez de agua clarificada con turbidímetro.
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Control de Proceso en Espesadores
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CONTROL OPTIMAL
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Representación Matemática del Sistema – modelo
dinámico
Densidad de UF en función de
dosificación de floculante
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Turbidez en función de
dosificación de floculante
LQR – Función de Costo
La estrategia LQR (Linear Quadratic Regulator):
LQI calcula la matriz ganancia óptima dado un modelo
espacio estado y dado las matrices de peso Q, R y N. Al
emplear LQI se realiza un control óptimo basado en
realimentación de estados a fin de llevar el sistema a una
referencia establecida
La señal de control “u” minimiza la función de coste:
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Procedimiento
La estrategia de control a utilizar comienza con el cálculo de ganancias
óptimas con la finalidad de obtener la trayectoria óptima de la señal de
control a fin de minimizar la dosificación de floculante.
R: matriz que penaliza la señal de control.
X1: Densidad de relave (g/l)
X2: Turbidez de agua clarificada (%)
K: Ganancia de realimentación de estado óptima
Ki: Integrador.
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Resultados
Curva de simulación de la respuesta de X1:
Densidad (gráfica superior) y X2: Turbidez
(Gráfica inferior), considerando R[X1,X2]
:[5000;90000].
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Curva de simulación de la respuesta de X1:
Densidad (gráfica superior) y X2: Turbidez
(Gráfica inferior), considerando R[X1,X2] :
2000;90000].