1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
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Título:	CONTROL POR MODOS DESLIZANTES SIN MODELO PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO EN CSTR: IMPLEMENTACION, SINTONIZACION Y EVALUACION DE ROBUSTEZ
Autor:	SANCHEZ NEXTLE, BRENDA
Data:	2025-10-01
Editora:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Instituto Tecnológico de Orizaba
Descrição:	Esta tesis aborda la estabilización de la producción de hidrógeno en un biorreactor CSTR de fermentación oscura mediante estrategias de control por modos deslizantes sin modelo, implementadas íntegramente en Python y validadas frente a un modelo de referencia migrado desde MATLAB/Simulink, con equivalencia en estado estacionario y discrepancias iniciales atribuibles a tolerancias numéricas y a la representación de las entradas como transiciones suaves (<0.1 % de diferencia relativa en puntos de comparación). Primero se caracterizó la superficie de respuesta del proceso variando sistemáticamente la concentración de glucosa (10-20 g/L) y el caudal de alimentación (2-8 L/d), y se refinó con una optimización L-BFGS-B que identificó un punto operativo de referencia (glucosa 20.00 g/L, caudal 4.06 L/d) asociado a una producción de 0.9289 mol/L. Para habilitar un control simple y robusto, se construyó una aproximación lineal por tramos de la relación caudal-hidrógeno con tres zonas separadas alrededor de 2.8 y 3.7 L/d, que reproduce la curva característica con alta fidelidad (R2 global ≈ 0.999). Sobre esa base se implementaron cuatro variantes de control por modos deslizantes sin modelo (funciones de conmutación tipo tangente hiperbólica o saturación, con ganancias fijas o adaptativas), con conmutación automática entre zonas y límites físicos en el actuador, y cuyos parámetros se sintonizaron mediante un algoritmo genético que equilibra seguimiento, esfuerzo y suavidad de la señal de control. La robustez se evaluó en escenarios determinísticos y estocásticos que combinan perturbaciones de alimentación, parámetros cinéticos, condiciones ambientales, fugas y ruido gaussiano del 2 % en el sensor de H2, utilizando 30 réplicas por combinación bajo ruido. Las métricas de evaluación privilegiaron indicadores comprensibles para operación: error en estado estacionario, amplitud máxima del error e índice de chattering, calculados en ventanas temporales acordes a cada tipo de perturbación. El análisis de patrones, apoyado en reglas de similitud y dendrogramas, mostró con frecuencia respuestas muy próximas entre tres controladores y la diferenciación de un cuarto, lo que orientó comparaciones más finas. Bajo ruido se observaron contrastes claros: la variante con saturación y ganancia adaptativa tendió a contener mejor la amplitud y mostró mayor consistencia, mientras que otras destacaron en precisión según el caso; una variante elevó sistemáticamente el chattering, desaconsejándola cuando se requiere conmutación contenida. En conjunto, los resultados indican que estas estrategias mantienen la producción cercana al objetivo con señales de control contenidas frente a perturbaciones representativas del proceso, y sugieren como siguiente paso reoptimizar incorporando explícitamente el error en estado estacionario y la amplitud máxima en la función de evaluación bajo un esquema multi-escenario.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
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