Desarrollo de un sistema de control neuro-difuso de la distribución de agua en un tramo de un canal principal de riego

摘要

El presente trabajo tiene por intención sentar las bases necesarias para el desarrollo desistemas de control y su implementación en los canales de riego más representativos delPerú. Partiendo de la problemática actual en que los recursos hídricos están siendo cadavez más escasos y en el futuro cercano el Perú será uno de los países más afectados deLatinoamérica por los cambios climáticos, lo que ocasionará un estrés hídricopermanente. Ello implica que se requiera la utilización de técnicas adecuadas para unadistribución eficiente del agua de acuerdo a las demandas establecidas por los regantes.En este contexto se plantea una solución desde el punto de vista de la Ingeniería deControl y Automatización; con el desarrollo de un controlador neuro-difuso con predictorde Smith (NDPS), a partir de un modelo obtenido mediante técnicas de identificación desistemas, tomando como base un tramo del canal principal “Imperial de Aragón”, ubicadoen la confederación hidrográfica del río Ebro en España. Dicho planteamiento podríaluego extenderse mediante su adecuación a otras estructuras hidráulicas como porejemplo a la primera etapa del Proyecto Chavimochic en la Región la Libertad – Perú.En el capítulo 1, se desarrolló el estado del arte a nivel internacional, el cual consistió enla descripción de los canales principales de riego, sus partes, elementos empleados en laregulación de flujo de agua y de los sistemas de control de la distribución de agua encanales principales de riego. Se aborda en el ámbito nacional la problemática actual queafronta el Perú en cuanto a infraestructuras hidráulicas adecuadas y carencia de sistemasde medición y control de la distribución de agua.En el capítulo 2, se obtuvo un modelo matemático que describe el comportamientodinámico de un tramo de canal de riego. Para ello se consideraron diversas estructuras demodelos de caja negra y validación para la determinación del mejor modelo. Finalmentese realizó la transformación del modelo obtenido en tiempo discreto a tiempo continuo.En el capítulo 3 se desarrolló el diseño de un controlador neuro-difuso con predictor deSmith para controlar la apertura de la compuerta equivalente aguas arriba de un tramo deun canal principal de riego. Para ello se estableció un modelo discreto en espacio-estadoequivalente y en base a las variables de estado establecidas la determinación de un rangode variabilidad para la construcción de una base de reglas. Posteriormente laincorporación de dichas reglas dentro de una estructura neuro-difusa. Además, laincorporación de un predictor de Smith para compensar el retardo de tiempo presente enla dinámica de la planta, con realimentación proporcionada por las salidas estimadas deun filtro de Kalman. Finalmente la comparación del controlador NDPS con un PI conpredictor de Smith y evaluación de sus comportamientos.En el capítulo 4 se realizó la propuesta de implementación práctica del controladordesarrollado con la selección de instrumentos para la medición de variables de nivel yposición, la selección de un controlador local y un sistema de monitoreo. Además laselección de los protocolos de comunicación entre los distintos elementos.