Optimización de parámetros utilizando los métodos de Monte Carlo y algoritmos evolutivos: Aplicación a un controlador de seguimiento de trayectoria en sistemas no lineales

Autores
Fernández Puchol, María Cecilia; Pantano, Maria Nadia; Godoy, Sebastián; Serrano, Mario Emanuel; Scaglia, Gustavo Juan Eduardo
Año de publicación
2019
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
En este trabajo se propone una estrategia de control en lazo cerrado para el seguimiento de perfiles óptimos previamente definidos para un bioproceso fed-batch. La mayor ventaja de este enfoque es que las acciones de control se calculan resolviendo un sistema de ecuaciones lineales, sin tener que linealizar el modelo matemático, lo que permite trabajar en cualquier rango. Además, se plantean tres técnicas para la sintonización de los parámetros del controlador diseñado. Primero se propone un método de Monte Carlo, el cual es un método probabilístico. En segundo lugar, se presenta una metodología basada en Algoritmos Genéticos, una técnica evolutiva de optimización. La tercera alternativa es el desarrollo de un Algoritmo Híbrido, diseñado a partir de la combinación de los dos métodos anteriores. En todos los casos, el objetivo es encontrar los parámetros del controlador que minimicen el error total de seguimiento de trayectorias. El desempeño del controlador se evalúa a través de simulaciones en condiciones normales de operación y frente a incertidumbre paramétrica, empleando los parámetros del controlador obtenidos.
In this work, a closed-loop control strategy is proposed. It allows tracking optimal profiles for a fed-batch bioprocess. The main advantage of this approach is that the control actions are computed from a linear equations system without linearizing the mathematical model, which allows working in any range. In addition, three techniques are developed to tune the controller. First, a completely probabilistic method, Monte Carlo. Second, a methodology based on Genetic Algorithms, an evolutionary optimization technique. Third, a Hybrid Algorithm, combining above algorithms advantages. Here, the objective function is to find the controller parameters that minimize the trajectory tracking total error. The controller performance is evaluated through simulations under normal operations conditions and parametric uncertainty, using the obtained controller parameters.
Fil: Fernández Puchol, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina
Fil: Pantano, Maria Nadia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina
Fil: Godoy, Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina
Fil: Serrano, Mario Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina
Fil: Scaglia, Gustavo Juan Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Ingeniería Química; Argentina
Materia
Control en lazo cerrado
Sistemas no lineales
Control de sistemas multivariables
Algoritmos Genéticos
Método de Monte Carlo
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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In this work, a closed-loop control strategy is proposed. It allows tracking optimal profiles for a fed-batch bioprocess. The main advantage of this approach is that the control actions are computed from a linear equations system without linearizing the mathematical model, which allows working in any range. In addition, three techniques are developed to tune the controller. First, a completely probabilistic method, Monte Carlo. Second, a methodology based on Genetic Algorithms, an evolutionary optimization technique. Third, a Hybrid Algorithm, combining above algorithms advantages. Here, the objective function is to find the controller parameters that minimize the trajectory tracking total error. The controller performance is evaluated through simulations under normal operations conditions and parametric uncertainty, using the obtained controller parameters.
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