SISTEMAS ADAPTATIVOS Y FILTRADO 1.1 Introducción ¿ Qué es control Adaptativo? 1.2 Realimentación Lineal 1.3 Efectos de las variaciones en procesos ¿Por qué control Adaptativo? 1.4 Esquemas de Control Adaptativo 1.5 Problemas del Control Adaptativo 1.6 Aplicaciones 1.7 Conclusiones Doctorado en Ingeniería Eléctrica Ing. MSc. Cecilia Sandoval Ruiz

Introducción En 1950 fue iniciada la investigación en control adaptativo a causa del diseño de control de piloto automático para aviones, con dinámica variable de viento y altitud, donde el control realimentado de ganancia constante solo funcionaba en un rango de operación, surge la necesidad de un control que barriera el espectro del rango de operaciones, llegando a una técnica de esquema de ganancia por rangos. En 1960 se presentan avances en teoría de control, como descripción de espacio de estado, teoría de la estabilidad y programación dinámica. En 1970 realizan prueban la estabilidad de los sistemas adaptativos conocidos hasta la fecha En 1980 los investigadores avanzan en los conceptos de control robusto y la robustez del control adaptativo, comienza a emplearse para uso comercial Recientemente, los avances en control adaptativo tienden hacia los conceptos de aprendizaje y ciencia computacionales. Por otra parte, los progresos en microelectrónica has estimulado el desarrollo del control adaptativo, hoy en día la mayoría de los controles permiten el ajuste de parámetros de alguna manera, siendo un tema de investigación de amplio interés.

Realimentación Lineal Los sistemas de control con realimentación lineal ordinaria son la base sobre la cual se desarrollan los sistemas de control adaptativo. Un controlador Adaptativo es un controlador con parámetros ajustables y un mecanismo de ajuste de parámetros Control Adaptivo (“Adaptive Control”): Este sistema de control es apropiado para sistemas que sean variantes en el tiempo. Aunque dentro de esta categoría podrían colocarse los “PID autoajustables”, el concepto es mucho más amplio, ya que suelen incorporar técnicas de identificación de parámetros por mínimos cuadrados u otras técnicas propias del sistema resultante.

Lazos de Control Adaptativo El lazo secundario debe variar mas lentamente que el lazo primario

EFECTOS DE LOS PROCESOS VARIANTES Un sistema puede ser linealmente controlable por intervalos o rangos de operación, de modo que fuera de ese rango puede ser inestable.

¿Por qué control Adaptativo?

ESQUEMAS DE CONTROL ADAPTATIVO Control Adaptativo Programado (Gain Scheduling) Control Adaptativo de Modelo de Referencia (MRAC) Control Adaptativo Auto-ajustable (STR)

En el diseño de un robot, se le suelen aportar controladores adaptativos para que estén en capacidad de responder a situaciones a las que tengan que enfrentarse: En este sentido un controlador adaptativo programado consiste en programar una lista completa de: “si ocurre ____ entonces haz _____” Esto supone que se puede anticipar en el momento del diseño todas las posibles situaciones que se puede encontrar el robot y se le van a especificar todas las posibles soluciones. El sistema no tiene que pensar ni tomar decisiones. Requiere del conocimiento previo para su implementación. Interpretación 1: ejemplo simple

En el diseño de un robot, se le suelen aportar controladores adaptativos para que estén en capacidad de responder a situaciones a las que tengan que enfrentarse: En este sentido un controlador adaptativo con modelo de referencia consiste en ofrecerle al robot un buen modelo de referencia para solucionar las situaciones a las que deba enfrentarse, por ejemplo; seguir las decisiones de un humano modelo. Esto supone que debe seguir a su modelo, tendrá una capacidad de decisión, pero está restringida al objetivo. Requiere de un buen modelo de referencia, que se comporte de forma apropiada para cada situación. Interpretación 2: ejemplo simple

En el diseño de un robot, se le suelen aportar controladores adaptativos para que estén en capacidad de responder a situaciones a las que tengan que enfrentarse: En este sentido un controlador adaptativo autoajustable consiste en diseñar al robot un módulo de estimación de parámetros que le permitan evaluar la situación y tomar decisiones en función de reglas generales, “si la situación es _____, entonces haz ______” Esto supone que debe seguir a su modelo, tendrá una capacidad de decisión, pero está restringida al objetivo. Este controlador es el que puede adaptarse a un mayor conjunto de situaciones desconocidas, sin embargo; es mas peligroso de caer en estabilidad, en caso de una evaluación incorrecta. Requiere mayor capacidad de computo en tiempo real. Interpretación 3: ejemplo simple

Problemas del control Adaptativo

Aplicaciones Muchos problemas de aplicación práctica que no puede tener éxito al resolverse mediante el uso de filtros digitales de coeficientes fijos, ya sea porque no tenemos información suficiente para el diseño ante el cambio en los criterios normales de funcionamiento del filtro. Pueden ser resueltos con éxito mediante el uso especial de filtros "Inteligentes", conocidos colectivamente como filtros adaptativos. Los coeficientes adaptativos en el diseño del filtro permiten modificar la respuesta del éste durante su operación mejorando su rendimiento sin intervención del usuario. Ej: Smart Arrays Antennas  Cancelación de Interferencia con multi-sensor

Conclusiones Hemos podido observar las razones por las cuales es necesario el uso de controladores adaptativos en los sistemas físicos. Por la dinámica variable del proceso Por las características de las perturbaciones Para la optimización del diseño en Ingeniería El concepto Adaptativo estudiado presenta puntos en común con el concepto de control Inteligente y aprendizaje. MUCHAS GRACIAS!