Diseño de un sistema de control basado en estimador lineal cuadrático, para la presión en una planta de emulación de riego

Abstract

La regulación precisa de la presión en sistemas de riego es un factor determinante para optimizar el uso del agua y garantizar un funcionamiento estable frente a variaciones de demanda. Este proyecto presenta el diseño e implementación numérica de un esquema de control avanzado basado en un Estimador Lineal Cuadrático (LQE) combinado con un Regulador Lineal Cuadrático (LQR), orientado a mejorar el desempeño dinámico de la planta de emulación de riego del Laboratorio de Automatización y Control de las Unidades Tecnológicas de Santander. Esta iniciativa se articula con los objetivos de sostenibilidad, eficiencia energética y gestión responsable del recurso hídrico. En la fase de caracterización experimental, se estudió el comportamiento dinámico de la presión dentro del rango permitido de operación del sistema, comprendido entre 10 y 45 psi. Las pruebas iniciales evidenciaron fluctuaciones de hasta ±2.6 psi ante perturbaciones abruptas de caudal, lo cual justifica la necesidad de un controlador capaz de anticipar y mitigar dichas variaciones. Con esta información, se formuló y validó un modelo matemático del subsistema hidráulico, obteniendo un nivel de ajuste superior al 92 % respecto a los datos experimentales. A partir de este modelo, se diseñó un esquema LQE–LQR orientado a mejorar la estabilidad y reducir los errores transitorios. Los resultados de simulación demostraron mejoras significativas: el sobreimpulso, inicialmente cercano al 10 %, se redujo a aproximadamente 5 %, lo que representa una disminución del 50 % en este parámetro crítico