Resumen de Diseño integrado de estucturas de control descentralizado en procesos y plantas químicas
Una planta química puede tener cientos de medidas y lazos de control. El término control de planta completa o "control plant-wide" no denota el sintonizado y/o el comportamiento dinámico de esos lazos, sino que se refiere a la formulación del problema global de control y a como descomponer dicho problema (de elevada complejidad) en subproblemas más simples. Esto es lo que se denomina selección o diseño de la estructura de control del sistema. La evolución durante los últimos años en el campo de las metodologías de diseño de estas estructuras de control implementadas sobre plantas químicas completas ha sido un tema de interés dentro de la ingeniería de control y procesos ya que se percibe como un reto que todavía ha sido completamente desarrollado ni resuelto de forma eficaz. Concretamente, en el área del control de plantas completas existen, dos grandes enfoques principales: el enfoque heurístico (basado en directrices de control obtenidas a partir de la experiencia) y el matemático (basado en la resolución de un problema de optimización dinámica de naturaleza mixta-entera y de elevada dimensión). Ambos todavía presentan inconvenientes que lastran su aplicabilidad.
El problema más importante de estos enfoques es que carecen de una sistemática a la hora de aplicarse a cualquier proceso o planta, lo que restringe mucho su campo de actuación. A fin de tratar de llenar este espacio, en esta tesis se desarrolla un conjunto de herramientas conceptuales y metodológicas que creemos pueden contribuir a llevar a cabo un diseño sistemático de la estructura de control para un proceso o planta química dada. Los fundamentos sobre los que se asentará este diseño serán la descomposición del proceso en sus elementos constitutivos (redes de materia y energía), el concepto de control de inventario y la teoría de pasividad y de estabilidad de Lyapunov. El primer paso en este nuevo método de diseño sistemático será descomponer el sistema en sus subredes constituyentes de materia y energía. Tras ello, se diseñarán los lazos conceptuales de control de inventario de materia y energía para garantizar que los estados del proceso, tanto en términos de variables extensivas como intensivas, permanecerán en una región invariante y convexa. Este resultado no asegura por sí mismo la convergencia de las variables intensivas a sus valores deseados de operación dado que el intercambio de masa y de energía entre los nodos de la red de proceso y con el ambiente mantiene el sistema fuera del equilibrio termodinámico. Como consecuencia, existe la posibilidad de que aparezca un comportamiento dinámico complejo en dicho invariante, ya sean múltiples estados estacionarios o fenómenos oscilatorios (ciclos límite). Para evitar estos escenarios no deseados, se ha hecho uso de la relación existente entre la estabilidad termodinámica y el formalismo de pasividad y teoría de Lyapunov para construir leyes de control que aseguren la convergencia de las variables intensivas a sus valores deseados.
