Modelado de un motor diésel marino y desarrollo de su sistema de control con ganancias programadas

Abstract

El sistema de control de los motores diésel marinos juega un rol importante en el desempeño de estos en el campo de la propulsión marina. En la actualidad en muchos casos, la velocidad angular de estos motores es controlada por técnicas convencionales, las cuales resultan ineficientes al no tomar en cuenta el comportamiento no-lineal de esta clase de motores. En el presente trabajo se propuso el modelado de un motor diésel sometido a un ambiente marino utilizando redes neuronales y el desarrollo del sistema de control de sus RPM empleando un PID de ganancias programadas, teniendo como propósito la mejora de su desempeño respecto a un PID convencional. Para alcanzar este objetivo se estudió el comportamiento dinámico de un motor diésel, lo cual permitió identificar las variables de entrada y salida más relevantes. Luego, empleando la información medida de un motor diésel real se realizó el modelado basado en redes neuronales no lineales autorregresivas con entrada exógena (NARX), logrando un buen desempeño en validación con data que no fue usada durante el entrenamiento. El diseño del controlador avanzado con ganancias programadas se realizó, encontrando los puntos de equilibrio para los puntos de operación del motor diésel, linealizando el motor en estos puntos y considerando ciertas restricciones impuestas en un esquema de optimización. Lo anterior permitió encontrar las mejores ganancias programadas del algoritmo PID para los puntos de operación encontrados. Asimismo, para mostrar las mejoras en el desempeño, el controlador PID con ganancias programadas diseñado se comparó con un PID convencional. Los resultados evidenciaron que el uso del controlador PID con ganancias programadas supera en todas las pruebas al PID estándar, con mejor desempeño en el seguimiento de la referencia, ahorro de combustible y estabilidad ante perturbaciones. Finalmente se propuso la implementación práctica del sistema de control desarrollado, seleccionando la instrumentación necesaria y utilizando una unidad de control de motor de código abierto basado en un microcontrolador comercial.