Diseño y simulación de un controlador en tiempo discreto para regulación de temperatura en un invernadero a escala /

Abstract

Este documento describe el proceso de diseño de un controlador de temperatura trabajando en tiempo discreto para mantener el interior de un invernadero protegido del efecto destructivo de las heladas climáticas nocturnas. Como variables manipuladas no simultáneamente se utilizaron: la potencia térmica específica y la velocidad del flujo de aire a temperatura mayor que el exterior. Primero se formuló un modelo dinámico deducido analíticamente y que involucrara a las variables de entrada mencionadas junto con la temperatura interna del invernadero como variable de salida. El procedimiento de validación se basó en la respuesta paso del sistema ante una entrada de potencia térmica y en el comportamiento en estado estable. Un diseño factorial se ejecutó para determinar parámetros restantes generados por la inclusión de la variable velocidad de flujo entrante. Tal resultado fue el punto de partida para simular pruebas de evaluación del desempeño del controlador obtenido ante escenarios donde la temperatura externa al invernadero se configuró para representar dos situaciones: temperatura ambiente exterior en el punto de congelación y comportamiento de la temperatura durante el transcurso de una noche de helada climática por radiación. Tales situaciones simuladas mostraron que el controlador mantenía el sistema sin riesgo de daños por congelación.

This paper describes the design process of a temperature controller working in discrete time to keep the inside greenhouse against destructive effect of climate night freeze. Specific heat capacity and speed of airflow at a greater temperature than the outside one were used as manipulated variables not simultaneously. First, a dynamic model was analytically deduced involving mentioned input variables along with the temperature inside the greenhouse as the output variable. The validation procedure was based on the input thermal power step response of the system and thermal behavior in steady state. A factorial design was implemented to determine other parameters generated by the inclusion of the inflow speed variable. This result was the starting point for simulating assessment tests of performance controller obtained in scenarios where the outside temperature in the greenhouse was configured to represent two situations: outside environmental temperature at the freezing point and temperature behavior during the course of a climate night freeze by radiation. Such simulated situations showed that the controller kept the system without risk of frost damage.