Control multivariable mediante técnicas QFTaplicaciones a sistemas navales

Résumé

El trabajo de esta tesis está dirigido hacia el control de sistemas marinos. En el mundo globalizado actual, la demanda de transporte está en continuo crecimiento para todo tipo de vehículos. En los sistemas navales, el desarrollo de una lógica de control es la llave tecnológica para mejorar la calidad. Por tanto, es de una gran importancia la creación y desarrollo de algoritmos de control avanzados para estos sistemas. Con esta idea, la finalidad de esta tesis es abordar cuestiones y problemáticas que sirvan de referencia para el desarrollo de metodologías de diseño de control para sistemas marinos. En concreto se han buscado problemas que, cumpliendo la condición de problemas tipo, son un desafío de diseño y de gran interés en la actualidad. Teniendo esto en cuenta, se han propuesto problemas de posicionamiento dinámico, estabilización, y seguimiento de referencia, planteados de una forma tal que sus resultados son extensibles y aplicables al mayor número posible de sistemas. Para ello, se han considerado diferentes sistemas marinos que ponen de manifiesto las distintas problemáticas indicadas. En primer lugar, se considera una plataforma marítima flotante amarrada que plantea el problema de diseño de un sistema de posicionamiento dinámico, una de las líneas de mayor interés en las operaciones a baja velocidad. A continuación, la tesis se centra en dos tipos de vehículos dentro del denominado grupo de sistemas marinos avanzados, tales como un buque de alta velocidad, que aborda el problema de estabilidad y amortiguamiento de movimiento, y un aerodeslizador para el seguimiento de referencia. Un vehículo de alta velocidad puede llegar a volcar por la disminución de la estabilidad debido al oleaje, y en aguas calmadas puede mostrar movimientos característicos como oscilaciones, de ahí la importancia del problema a tratar de estabilidad y reducción de movimientos. En cuanto al último caso, la habilidad de maniobrar de forma precisa cualquier tipo de sistema (barco, plataforma o semi-sumergible)a lo largo de una trayectoria en el mar es de vital importancia para muchas aplicaciones, por ello el seguimiento de referencia de sistemas de superficie es uno de los problemas que con mayor frecuencia se proponen en la literatura. Desde el punto de vista de la teoría de control, que es el enfoque prioritario de esta tesis, estos problemas plantean grandes retos de diseño, al presentar problemas con grandes perturbaciones, restricciones no holonómicas, multivariables, y no lineales, que llevan al análisis y desarrollo de diferentes y nuevos mecanismos de diseño de control. Las técnicas de control robusto se presentan como una elección excelente para aplicar a estos problemas. Hoy en día, cualquier sistema naval es cada vez más complejo, y encontrar un modelo exacto para estas plantas resulta una tarea difícil, tediosa y poco práctica. La robustez del diseño del control se hace así de una importancia fundamenta para conseguir respuestas más rápidas, reducción de perturbaciones ambientales, precisión en el seguimiento a referencias determinadas, y prevención del acoplamiento de movimientos en los sistemas marinos avanzados. En el trabajo de esta tesis se han empleado y desarrollado metodologías de control dentro de la técnica denominada Teoría de la Realimentación Cuantitativa, QFT (Quantitative Feedback Theory) para resolver los distintos problemas presentados en sistemas marinos. La técnica QFT es una metodología de diseño robusto en el dominio de la frecuencia que hasta el momento no ha sido muy común en los sistemas navales. El objetivo de esta tesis es el desarrollo e implementación de diseños de control AFT multivariable, tanto lineal como no lineal, que muestren que es una alternativa práctica, ventajosa, y eficaz para la solución de problemas de control en vehículos navales.