Control automático de una piscina doméstica

Abstract

La propuesta del presente trabajo surge principalmente de dos intereses. En primer lugar, surge del interés práctico en implementar un control automático de los niveles de pH y ORP en una piscina de uso doméstico. En segundo lugar, se tiene un interés académico por el control predictivo basado en modelo, buscando aprender acerca tanto de los aspectos más teóricos (fundamentos matemáticos, tipos, etc) como de los aspectos más prácticos (aplicaciones reales, ajuste del control, etc). A partir de esta propuesta, se comenzó con la identificación del sistema (piscina), para posteriormente diseñar el control en el programa Matlab/Simulink®. Se realizaron varias simulaciones, ajustando los parámetros de control en el proceso, hasta dar con aquellos que lograban un seguimiento adecuado de las referencias sin producirse un gasto excesivo en las entradas del sistema. Una vez satisfechos esos criterios, se dio paso a la conversión del código a lenguaje Python para su implementación en la Raspberry Pi Pico® presente en el sistema de la piscina. Finalmente, se realizaron pruebas con distintas referencias para ambos niveles, con el objetivo de comprobar la efectividad del control en el caso real de la piscina. Dos primeras pruebas arrojaron resultados poco satisfactorios, pero que sirvieron para volver a realizar ajustes, acabando con una tercera prueba en la que se obtuvo un rendimiento adecuado del control. El control se implementa en el seno de un código general ya presente en el microcontrolador del propietario de la piscina. Esto supone ciertas limitaciones, pues hay que amoldar el control a las necesidades del sistema real y del propietario (restricciones en la difusión de los líquidos actuadores, limitaciones en parámetros del control como el tiempo de muestreo, etc).

This project arises mainly from two interests. Firstly, from the practical interest in implementing an automatic control for the pH and ORP levels in a domestic swimming pool. Secondly, from the academic interest in predictive control, aiming to learn about both the theoretical (mathematical principles, types, etc) and practical (real applications, control tuning, etc) aspects of it. Following these interests, first step was to identify the model (swimming pool), followed by designing and tuning the control using Matlab/Simulink®. Several simulations were performed, adjusting the control parameters in the process until reaching a state where the setpoints were tracked properly and there was not an excessive use of the actuators. Next step was converting the code to Python language to be able to implement it on the Raspberry Pi Pico® located in the pool system. Finally, tests with different setpoints were carried out in order to verify the effectiveness of the control in the real case scenario of the pool. The first two tests gave unsatisfactory results, but served as basis for new adjustments, leading to a third and final test where an acceptable performance was achieved. The control is implemented within a general code already present in the pool owner’s microcontroller. This implies that some limitations must be taken into account, as the control has to be adapted to the needs of the real system and the owner's requirements (restrictions on the diffusion of the fluids, limitations on control parameters such as sampling time, etc).