Aplicación de los filtros Kalman a la estimación de parametros y al control de un horno alto

Abstract

El objetivo de la presente tesis es obtener una estimación de temperaturas en el interior de un horno alto para diseñar una estrategia de control del proceso de obtención del arrabio. En primer lugar se hace un estudio físico-químico del proceso del horno alto y se propone un modelo matemático del mismo, basado en un balance de materia y energía. Para simplificar dicho balance se divide el horno en zonas, en cada una de las cuales se supone que no hay variación espacial de las variables. Con esta simplificación el modelo se reduce a un sistema acoplado diferencial-algebraico. Para su resolución numérica se desacopla dicho sistema resolviendo alternativamente el problema algebraico y el problema diferencial, que se corresponden con los balances de materia y energía respectivamente. Dado que las condiciones iniciales del sistema de ecuaciones diferenciales no son bien conocidas, porque no son directamente medibles, consideramos un sistema diferencial con perturbaciones, de carácter aleatorio, para tener en cuenta los efectos no contemplados en el balance materia-energía, y se le añade un sistema de observación que suministra medidas de dos variables incognita del sistema, que en nuestro caso son la temperatura de gas de tragante y la temperatura del arrabio. De esta manera el sistema diferencial está bien planteado y para su resolución se utilizan técnicas de filtros kalman. Por último se propone un modelo de control que predice cómo ha de ser la inyección de vapor y la de oxígeno en el aire de combustión para mantener las temperaturas estables en el interior del horno. También se describe cómo implementar en planta dichos algoritmos de control.