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Control Adaptativo
Benjamn Lagos

Introduccin
En 1950 fue iniciada la investigacin en control adaptativo a causa del diseo de control de piloto automtico para aviones, con dinmica variable de viento y altitud, donde el control realimentado de ganancia constante solo funcionaba en un rango de operacin, surge la necesidad de un control que barriera el espectro del rango de operaciones, llegando a una tcnica de esquema de ganancia por rangos.

Qu es el control adaptativo?
Es un tipo de control no lineal que trabaja cambiando dinmicamente los parmetros de la planta del sistema.
Sin adaptacin

Con adaptacin

Muchos problemas de aplicacin prctica que no puede tener xito al resolverse mediante el uso de filtros digitales de coeficientes fijos, ya sea porque no tenemos informacin suficiente para el diseo ante el cambio en los criterios normales de funcionamiento del filtro. Pueden ser resueltos con xito mediante el uso especial de filtros "Inteligentes", conocidos colectivamente como filtros adaptativos.Los coeficientes adaptativos en el diseo del filtro permiten modificar la respuesta de ste durante su operacin mejorando su rendimiento sin intervencin del usuario.


Consta de 3 etapas:
Identificacin de las caractersticas de la plantaToma de decisin basada en la identificacin de la plantaModificacin o accin basada en la decisin tomada

2 lazos cerrados! Uno lento (secundario) y uno rpido (primario)

Identificacin de las caractersticas dinmicas de la planta:Las caractersticas dinmicas de la planta se deben medir e identificar continuamente y sin afectar el funcionamiento normal del sistema. La identificacin se realiza mediante una prueba o medicin y luego un anlisis de los resultados.Toma de decisin basada en la identificacin de la planta:Teniendo en cuenta las caractersticas de la planta que han sido identificadas, se puede calcular un ndice de desempeo que surge de la comparacin con las caractersticas ptimas del sistema. Luego se toma una decisin respecto a cmo se deben variar los parmetros ajustables del sistema para mantener el desempeo ptimo.

Esquemas de Control Adaptativo
Lazo Cerrado:
-Controlador auto sintonizado (STR)
-Controlador con modelo de referencia (MRAC)Lazo Abierto:
-Control con ganancia programada (Gain Scheduling)


Control Adaptativo con Ganancia Programada (Gain Scheduling)



Consiste en programar previo a su uso los cambios requeridos en el controlador para adaptarse a las diferentes situaciones en las que tiene que operar. Como consecuencia se necesita:
un conocimiento previo del procesouna cuantificacin de cmo deben cambiarse los parmetros del controlador ante cambios en las caractersticas del proceso
Su diseo se puede abordar de dos modos diferentes:
se prepara una ecuacin (o una tabla), pre programada en funcin del conocimiento del proceso, es decir, de los valores que tiene que tener los parmetros del controlador en funcin de los valores de las variables de entrada y salida al sistemaSe subdivide el espacio de las variables de operacin (entrada y salida) en un conjunto de regiones y se propone para cada una de ellas un conjunto de valores de los parmetros del controlador



Ej:

En el diseo de un robot, se le suelen aportar controladores adaptativos para que estn en capacidad de responder a situaciones a las que tengan que enfrentarse.

En este sentido un controlador adaptativo programado consiste en programar una lista completa de: si ocurre ____ entonces haz _____

Esto supone que se puede anticipar en el momento del diseo todas las posibles situaciones que se puede encontrar el robot y se le van a especificar todas las posibles soluciones. El sistema no tiene que pensar ni tomar decisiones.

Requiere del conocimiento previo para su implementacin.


Control Adaptativo con Modelo de referencia (MRAC)



El componente clave de un sistema MRAC es el modelo de referencia. Este deben consistir en un modelo de lazo cerrado de cmo el sistema debe responder a cambios en el punto de consigna. Puede ser:
Una trayectoria de referencia Un modelo detallado de lazo cerrado
El programa de adaptacin suele ser un algoritmo de optimizacin de parmetros que minimiza (o maximiza) una determinada funcin objetivo (ejemplo: la integral del error al cuadrado)



Ej:


Por ejemplo seguir las decisiones de un humano modelo.

Esto supone que debe seguir a su modelo, tendr una capacidad de decisin, pero est restringida al objetivo.

Requiere de un buen modelo de referencia, que se comporte de forma apropiada para cada situacin.


Control Adaptativo Auto Sintonizable (STR)



El elemento distintivo de este tipo de controladores es que toman valores en continuo de las variables de entrada y salida para estimar en lnea y recursivamente los valores de los parmetros de un modelo aproximado del proceso.

De esta forma los cambios que ocurren con el tiempo en el sistema real (no lineal) son modelizados mediante un proceso lineal cuyos parmetros van cambiando con el tiempo para ajustarse lo mximo posible a sistema real.

El modelo lineal actualizado, es usado en continuo en combinacin con un procedimiento pre especificado de diseo de controladores para generar los parmetros del controlador que se van a aplicar en cada momento.

Dado que la estimacin de modelo determina la efectividad del controlador el punto ms importante de esto controladores es disponer de una tcnica de estimacin de parmetros robusta y de buen resultado.



Ej:


En este sentido un controlador adaptativo autoajustable consiste en disear al robot un mdulo de estimacin de parmetros que le permitan evaluar la situacin y tomar decisiones en funcin de reglas generales, si la situacin es _____, entonces haz ______

Esto supone que debe seguir a su modelo, tendr una capacidad de decisin, pero est restringida al objetivo.

Este controlador es el que puede adaptarse a un mayor conjunto de situaciones desconocidas, sin embargo; es mas peligroso de caer en estabilidad, en caso de una evaluacin incorrecta.

Ejemplo en Ingeniera Mecnica

Conclusiones

Al momento de decidir si usar o no un control adaptativo se debe tener en cuenta de que este es inherentemente no lineal por lo tanto si el sistema a controlar es lineal solo es necesario un controlador lineal de parmetros fijos.

Conclusiones

Dentro de las razones para usar un control adaptativo encontramos:
Variaciones en la dinmica de la plantaVariaciones en las caractersticas de las perturbacionesEficiencia y facilidad de uso
Finalmente vale decir que el control adaptativo no remplaza la necesidad de un buen conocimiento del proceso ya que este es necesario para proponer la estructura del controlador y el mtodo de diseo.

Muchas gracias

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