Desarrollo e implementación de una metodología para el diseño de sistemas de control mediante algoritmos evolutivos multiobjeto

Résumé

El diseño de sistemas de control multivariable robustos es una tarea compleja, que requiere un gran conocimiento de la materia por parte del diseñador. Además, en muchas ocasiones habrá que recurrir a procedimientos iterativos, de prueba y error, en los que será muy importante su experiencia. Por otro lado, los algoritmos evolutivos e han mostrado como una técnica muy eficaz en la resolución de problemas de optimización multiobjetivo, dentro de los cuales pueden encuadernarse los problemas de control. Mediante la utilización de los algoritmos evolutivo se consiguen, de una forma más sencilla, resultados muy aceptables. En esta tesis, se desarrolló una metodología de amplia aplicación para el diseño de sistemas de control mediante algoritmos evolutivos. El resultado fue un método muy flexible, que permitía trabajar desde un punto de vista cercano al usuario, tratar directamente con las especificaciones de diseño, y utilizar de forma simultánea parámetros propios del dominio temporal y del de la frecuencia. La metodología diseñada se aplicó a tres problemas de control concretos: En el primero de ellos se diseñó un controlador LQ para un avión comercial. El algoritmo se encargaba en este caso de la determinación de las matices de peso Q y R propias del método LQ. En el segundo problema el algoritmo realizó la sintonía directa de una estructura de controlador predeterminada, para el mismo avión comercial que el del controlador LQ ya comentado, la diferencia es que ahora la sintonía la realizaba directamente el algoritmo, sin el apoyo de ningún otro método. Por último, se aplicó la metodología a la determinación del orden de las funciones de transferencia ay a su sintonía, de un controlador para reducir le índice de manera en un buque de alta velocidad. La aplicación del algoritmo a este último problema suponía un alto coste computaciones, por lo que el algoritmo se paralelizó y se ejecutó en un supercomputador con múltiples procesadores. Los buenos resultados obtenidos en los tres problemas tratados confirmaron la validez del método empleado. Dado el alto coste computacional que, como ya se ha mencionado, supone la aplicación de la metodología desarrollada a problemas de control complejos, se concluyó la tesis con un estudio sobre la paralización del algoritmo. El algoritmo, una vez paralizado, se ejecutó en un clúster de PCs. Los resultados demostraron en este caso que el algoritmo era fácilmente paralelizable y que con la utilización de clusters de PCs se pueden conseguir aceleraciones importantes a un coste asequible.