Optimización del filtro de Kalman en Sistemas de Control en Red Sincronizados en Actuación NCS

Abstract

Los Sistemas de Control en Red (NCS, por sus siglas en inglés) constituyen arquitecturas de control distribuido donde los lazos de sensado, control y actuación se cierran a través de canales de comunicación compartidos. Esta configuración introduce desafíos críticos derivados de las latencias variables entre el sensado y la actuación (SAVD) y los tiempos de procesamiento fluctuantes. Para mitigar estos efectos, el presente trabajo analiza una estrategia de control sincronizada en la actuación (NCS-SAA) que emplea un esquema de muestreo aperiódico y actuación periódica, asistida por un estimador de estados basado en el filtro de Kalman. El objetivo central de esta investigación es evaluar la eficiencia y robustez del filtro de Kalman dentro de un entorno NCS bajo la estrategia de sincronización mencionada. Para ello, se diseña e implementa una plataforma experimental distribuida compuesta por tres nodos de procesamiento basados en microcontroladores Arduino UNO, interconectados mediante una red LAN a través de módulos Ethernet ENC28J60. El desarrollo incluye una versión optimizada del algoritmo de Kalman, adaptada específicamente a las restricciones de memoria y capacidad de cómputo de los microcontroladores de baja gama. Los resultados experimentales demuestran que la integración del filtro de Kalman adaptativo mejora significativamente la precisión en la estimación de los estados y preserva el desempeño dinámico del sistema frente a las variaciones e incertidumbres de la red. Se concluye que el filtro de Kalman, con las adecuaciones implementadas, representa una solución técnica efectiva y de bajo costo para fortalecer la estabilidad y solidez de los sistemas NCS con sincronización en la actuación.