Un enfoque de control libre de modelo para el control de temperatura en hornos solares

Abstract

[Resumen] En el contexto de síntesis de materiales y pruebas de estrés térmico, los hornos solares cobran un papel fundamental. Estos sistemas experimentales se suelen operar normalmente de forma manual por operadores cualificados. Sin embargo, el uso de controladores automáticos puede ser esencial para tener en cuenta las diferentes dinámicas de las piezas tratadas, seguir los diferentes perfiles de temperatura requeridos en las pruebas y hacer frente a la intermitencia de la fuente principal de energía, la energía solar. Sobre estas bases, el presente trabajo propone un sistema de control libre de modelo sencillo y con pocos parámetros de ajuste para el control de temperatura en hornos solares. El controlador se basa en la metodología Extremum Seeking Control (ESC) y se complementa con un controlador por adelanto en configuración serie para el rechazo de perturbaciones de radiación. La estrategia propuesta se ha probado en simulación en un modelo validado del horno SF60 de la Plataforma Solar de Almería, usando datos meteorológicos reales de dicho emplazamiento. A pesar de que la técnica ESC puede tener problemas de convergencia en presencia de perturbaciones rápidas, la inclusión del controlador por adelanto en serie hace que los resultados obtenidos pongan de manifiesto el buen desempeño del controlador, tanto para el seguimiento de referencias como para el rechazo de perturbaciones. Además, evidencian su fácil sintonía, lo que puede llegar a ser fundamental para su uso en la práctica por operadores que no sean expertos en el campo de la ingeniería de control.

[Abstract] In the context of material synthesis and thermal stress tests, solar furnaces play a fundamental role. These experimental systems are usually operated manually by qualified operators. However, the use of automatic controllers can be essential to deal with the different dynamics of the treated parts, follow the different temperature profiles required in the tests, and deal with the intermittency of the main energy source, solar energy. On these bases, the present work proposes a model-free control system, simple and with few tuning parameters, for temperature control in solar furnaces. The controller is based on the Extremum Seeking Control (ESC) methodology and is complemented by a feedforward in series configuration for the rejection of irradiance disturbances. The proposed strategy has been tested in simulation in a validated model of the SF60 solar furnace of the Plataforma Solar de Almería, using real meteorological data from said site. Although the ESC technique may have convergence problems in the presence of fast disturbances, the inclusion of the series feedforward controller leads to a good performance of the controller, both for reference tracking and disturbance rejection. In addition, they show their easy tuning, which can become essential for their use in practice by operators who are not experts in the field of control engineering.