Biblioteca virtual con MATLAB para la simulación de sistemas multivariables industriales

BIBLIOTECA VIRTUAL CON MATLAB PARA LA SIMULACIÓN DE SISTEMAS MULTIVARIABLES INDUSTRIALES

(Virtual Library with Matlab for the Simulation Multivariable Industrials Systems)

AUTORES Dr. Daniel Guzmán del Río*, Dr. Luis Delfín Rojas Purón*, M. Sc. Cleto de Souza Cavalcante Leal**, Ing. José Luiz Sansone**

*Departamento de Ingeniería Eléctrica (EST-UEA) y Instituto Superior Minero Metalúrgico, Moa, Holguín, Cuba. ** Departamento de Ingeniería Eléctrica, Escuela Superior de Tecnología, Universidad del Estado de Amazonas, (EST-UEA), Brasil. Resumen: En el presente artículo los autores presentan y exponen los resultados obtenidos en la conformación de una biblioteca virtual asistida con MATLAB, para el diseño y simulación de sistemas industriales. Aquí, a partir de modelos conocidos de instalaciones, procesos y agregados industriales se conforman los subsistemas en forma de bloques empleando el aplicativo SIMULINK, lo que permitirá el diseño y simulación posterior de cualquier sistema de interés. El aspecto novedoso de la metodología empleada radica en la conformación de una biblioteca virtual para su uso con el SIMULINK. Estas simulaciones pueden ser de sistemas reales, permitiendo evaluar el comportamiento dinámico de los mismos.

1.INTRODUCCIÓN

El rápido avance de los recursos informáticos ha permitido que estos se extiendan y empleen en áreas donde hace unas décadas resultaba muy costoso y complejo, por ejemplo en el control y supervisión a gran escala de procesos que envuelven importantes gastos energéticos y de insumos, lo que ha permitido aumentar su conocimiento y que técnicas más elaboradas puedan ser implementadas. De esta forma se comprende que el conocimiento del proceso, el desarrollo de modelos matemáticos dinámicos, que representan los fenómenos físicos químicos de las plantas, la simulación en computadora de sus características y por fin el proyecto e implementación de sistemas de simulación con técnicas de avanzadas, es un tema de importancia fundamental para el desarrollo actual de las investigaciones y modernización del sector industrial y así disminuir el consumo de portadores energéticos importantes e insumos, aumentando la calidad del producto final (Seborg, 1989). Abstract: In this paper the authors present and discuss results obtained on the conformation of virtual library attained with MATLAB for the design and simulation of multivariable industrial systems. Subsystems in form of blocks are conformed from known models of industrial processes, installations and devices. This is done using SIMULINK, which allows the design and simulation of any system of interest. The innovative aspect of the employed methodology lies on the conformation of a virtual library for use with SIMULIN. These simulations may be used for real systems, allowing the dynamic behavior analysis of the same.

Key words: Virtual Library, Simulation, Industrial System, Multivariable.

Dada esta importancia, se hace necesario la introducción y desarrollo de métodos y herramientas que simplifiquen los procesos de análisis de procesos reales y que a la vez sirvan para ser empleados en laboratorios industriales y docentes para la ejecución de prácticas virtuales en los niveles superiores de formación y posgraduación del profesional, aprovechando las facilidades de recursos que disponen programas tales como el MATLAB. Un paso fundamental en el diseño y optimización de un sistema es la generación del modelo matemático que describa el mismo adecuadamente. También es importante la selección de la herramienta computacional que va a permitir simular este modelo (Delgado y Pichardo, 1999).

2.DESARROLLO

La selección del método de simulación, teniendo en cuenta su empleo en el sector industrial y académico, pueden ser realizadas utilizando varias metodologías, a partir de diferentes métodos numéricos. Por esto se

escoge, como método de simulación, las herramientas que presenta el SIMULINK del MATLAB. Lo mismo se fundamenta en que este permite que la biblioteca de bloques utilice centenas de funciones predefinidas para la creación de modelos de diagramas de bloques de sistemas lineales, no lineales de tiempo discreto, tiempo continuo híbrido, SISO, MIMO y sistemas multitareas, de forma que cada usuario pueda crear sus propios bloques modificando los ya existentes o incorporando código MATLAB, C o FORTRAN. Las operaciones de modelación y simulación se controlan de forma interactiva mediante menús iterativos o empleando líneas de comando MATLAB para simulaciones en modo “batch”. La biblioteca no lineal incluye un estoque completo de componentes no lineales para modelar el comportamiento de los sistemas del mundo real. Los múltiples modelos del SIMULINK y las capas establecidas de la jerarquía, pueden permanecer abiertos simultáneamente, facilitando así las operaciones de edición de bloques y de “copy-paste”. Los parámetros del bloque se introducen en los cuadros de diálogos como vectores escalares o matrices, empleando valores numéricos o variables y expresiones del MATLAB. El grafico ajusta automáticamente su escala a la amplitud de la señal. Estos valores pueden ser impresos directamente del SIMULINK o ser guardados en una amplia gama de formatos de archivos gráficos, pa