Conceptos básicos de la planificación de ganancia
R2026bLa planificación de ganancia es un enfoque para controlar sistemas no lineales con un conjunto de controladores lineales, cada uno de los cuales proporciona un control adecuado para un punto de operación diferente del sistema. El control con planificación de ganancia normalmente se implementa usando un controlador cuyas ganancias se ajustan automáticamente como una función de variables de planificación que describen el punto de operación actual. Estas variables pueden incluir tiempo, condiciones de operación externas o estados de sistema como orientación o velocidad.
Los sistemas de control con planificación de ganancia suelen diseñarse eligiendo un pequeño conjunto de puntos de operación, los puntos de diseño, y diseñando un controlador lineal adecuado para cada punto. Durante el funcionamiento, el sistema alterna o interpola entre estos controladores según los valores actuales de las variables de planificación.
La planificación de ganancia es más adecuada cuando las variables de planificación son parámetros externos que varían lentamente en comparación con el ancho de banda de control, como la temperatura ambiente de una reacción química o la velocidad de una aeronave en crucero. La planificación de ganancia es más difícil cuando las variables de planificación dependen de estados del sistema que varían rápidamente. Dado que el rendimiento lineal local cerca de puntos de operación no garantiza el rendimiento global en sistemas no lineales, se requiere una amplia validación basada en simulaciones. Consulte [1] para obtener una visión general de la planificación de ganancia y sus dificultades.
Para diseñar un sistema de control con planificación de ganancia, necesita:
Un rango de operación, definido como un conjunto de rangos dentro del que permanecen los valores de parámetros relevantes del sistema durante el funcionamiento. Por ejemplo, si el sistema es una aeronave en crucero, el rango de operación puede ser un ángulo de incidencia entre –20° y 20° y una velocidad aerodinámica entre 200-250 m/s.
Algunas variables medibles que indiquen en qué parte del rango de operación se encuentra el sistema en un momento dado. Estas señales son las variables de planificación. Para el sistema de la aeronave, las variables de planificación pueden ser el ángulo de incidencia y la velocidad aerodinámica.
Una planificación de ganancia, que incluye las fórmulas o las tablas de datos que devuelven las ganancias de controlador adecuadas para valores dados de las variables de planificación. Para el sistema de la aeronave, la planificación de ganancia proporciona ganancias de controlador adecuadas para cualquier combinación de ángulo de incidencia y velocidad aerodinámica dentro del rango de operación.
Planificación de ganancia en Simulink
Control System Toolbox™ proporciona bloques que ayudan a modelar sistemas de control con planificación de ganancia en Simulink®. Estos bloques permiten implementar elementos comunes de sistema de control con parámetros variables. Por ejemplo, el bloque Varying PID Controller acepta ganancias PID como entradas. En el modelo, usa bloques n-D Lookup Table o MATLAB Function para implementar la planificación de ganancia. Para obtener más información y ejemplos, consulte Model Gain-Scheduled Control Systems in Simulink.
Ajuste de planificación de ganancia
Si tiene Simulink Control Design™, puede utilizar systune para ajustar planificaciones de ganancia a fin de obtener un sistema de control que cumpla los objetivos de rendimiento en todo el rango de operación. Para obtener más información, consulte Tune Gain Schedules in Simulink.
Más información sobre la planificación de ganancia
Para obtener más información sobre la planificación de ganancia, consulte el vídeo.
Referencias
[1] Rugh, W.J., and J.S. Shamma, “Research on Gain Scheduling”, Automatica, 36 (2000), pp. 1401-1425.
