Controladores de modo deslizante para humedad del suelo modelada por ecuación Diferencial parcial no lineal y Análisis de ingravidez

Autores/as

  • José Luis Huayanay Villar Universidad del Estado de Río de Janeiro-UERJ, RJ, Brasil
  • José Paulo Vilela Soares da Cunha Universidad del Estado de Río de Janeiro-UERJ, RJ, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.57063/ricay.v2i3.52

Palabras clave:

Control por modos deslizantes, Ecuación diferencial parcial, Control de riego, Dinámica no lineal, Ingravidez

Resumen

El presente trabajo de investigación es una continuidad de las primeras versiones de Controladores de modo deslizante para humedad del suelo modelada por ecuación Diferencial parcial parabólico no lineal (2021), no fue considerado los efectos de la ingravidez.  El control de modo deslizante (SMC) se aplica para regular el contenido de agua en el suelo para riego de precisión. La dinámica de la infiltración de agua en medios porosos (suelo) se modela mediante la ecuación de Richards, que es una ecuación diferencial parcial parabólica no lineal (PDE) incluida los efectos de la ingravidez, con ejemplos de ambientes de Luna y Marte. Se consideran dos objetivos de control: el control de la humedad promedio y el control del contenido de agua del suelo a una profundidad específica con ejemplos de ambientes de Luna y Marte. Se proponen estrategias de SMC, se destaca el uso de un controlador con acciones proporcionales e integrales conectadas en cascada para el caso de sensor y actuador no colocados. Los resultados de la simulación indican el excelente desempeño de estos sistemas de control y el rechazo de perturbaciones externas como la evaporación del agua, la lluvia o ambientes con ingravidez.

Citas

Assouline, S. (2013). Infiltration into soils: Conceptual approaches and solutions. Water Resources Research, 49(4), 1755–1772. DOI: https://doi.org/10.1002/wrcr.20155

Astrom, K.J. and H¨agglund, T. (1995). PID controllers: theory, design, and tuning, volume 2. Instrument society of America Research Triangle Park, NC.

Baluković, J., Slisko, J., & Cruz, A. C. (2018). A person stands on a balance in an elevator: What happens when the elevator starts to fall. The Physics Teacher, 56(3), 156-160. DOI: https://doi.org/10.1119/1.5025292

Basilio, J.C. and Matos, S.R. (2002). Design of PI and PID controllers with transient performance specification. IEEE Transactions on Education, 45(4), 364–370. DOI: https://doi.org/10.1109/TE.2002.804399

Coron, J.M. (2007). Control and nonlinearity. 136. American Mathematical Soc.

Edwards, C., Colet, E.F., Fridman, L., Colet, E.F., and Fridman, L.M. (2006). Advances in variable structure and sliding mode control, volume 334. Springer. DOI: https://doi.org/10.1007/11612735

Gardner, W. (1922). Israelsen, 0. w., edlefsen, ne, and clyde, hs,”the capillary potential function and its relation to irrigation practice”. Phys. Rev, 20(2), 196.

Hayek, M. (2016). An exact explicit solution for one-dimensional, transient, nonlinear richards’ equation for modeling infiltration with special hydraulic functions. Journal of Hydrology, 535, 662–670. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.02.021

Hillel, D. (1998). Environmental soil physics: Fundamentals, applications, and environmental considerations. Academic Press, London.

Hu, Zhuojun, et al. "Research progress on lunar and Martian concrete." Construction and Building Materials 343 (2022): 128117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128117

Krstic, M. and Smyshlyaev, A. (2008). Boundary control of PDEs: A course on backstepping designs. SIAM. DOI: https://doi.org/10.1137/1.9780898718607

Medina, F. J. (2019). Los exploradores espaciales deben ser agricultores.

Molina, N.I.C. and Cunha, J.P.V. (2019). Non-collocated sliding mode control of partial differential equations for soil irrigation. Journal of Process Control, 73, 1–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2018.11.002

Monje, O., Stutte, G. W., Goins, G. D., Porterfield, D. M., & Bingham, G. E. (2003). Farming in space: environmental and biophysical concerns. Advances in Space Research, 31(1), 151-167. DOI: https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00751-2

Mualem, Y. (1978). Hydraulic conductivity of unsaturated porous media: Generalized macroscopic approach. Water Resources Research, 14(2), 325–334. DOI: https://doi.org/10.1029/WR014i002p00325

Ribeiro, L. (2013). El agua en las civilizaciones inca e preincas mito, ciencia y tecnología. In 8. º Congresso Ibérico de Gestão e Planeamento da Agua, 530– 539.

Richards, L.A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous mediums. Physics, 1(5), 318–333. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1745010

Tarquino, P.F.R. (2018). Resolución de la ecuación de Richards unidimensional por el metodo de volúmenes finitos. B.S. thesis, Universidad Central del Ecuador.

Testa, G.H. (2019). Automatizacao de estufas para cultivo controlado utilizando redes mesh. B.S. thesis, Universidad Tecnológica Federal do Paraná.

Utkin, V.I. (1978). Sliding Modes and Their Application in Variable Structure Systems. MIR Publishers, Moscow.

Van Genuchten, M.T. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, 44(5), 892–898. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x

Villar, J.L.H., Garcıa, J.O., and Hiyo, S.Y.M. (2020). Diseño y construcción de un sistema automatizado de control de bombas de agua en un cultivo hidropónico en el entorno arduino, unsch–Ayacucho. Revista ECIPer´u, 17(2), 67–73. DOI: https://doi.org/10.33017/RevECIPeru2020.0010/

Villar, Jose Luis Huayanay, and José Paulo VS Cunha. "Sliding-Mode Controllers for Soil Moisture Modeled by Nonlinear Parabolic Partial Differential Equations." 2022 16th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS). IEEE, 2022. DOI: https://doi.org/10.1109/VSS57184.2022.9902067

Wadoo, S.A. (2012). Sliding mode control of crowd dynamics. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 21(3), 1008–1015. DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2012.2196700

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Publicado

2024-06-13

Cómo citar

Huayanay Villar, J. L., & Vilela Soares da Cunha, J. P. (2024). Controladores de modo deslizante para humedad del suelo modelada por ecuación Diferencial parcial no lineal y Análisis de ingravidez. Revista De Investigación Científica De La UNF – Aypate, 2(3), 25–41. https://doi.org/10.57063/ricay.v2i3.52

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