Modelado y Control PI de un Sistema de Inyección de Gas con Motor DC y Sensor MQ-4

Resumen

La regulación automática de la concentración de gases inflamables en
espacios cerrados es fundamental para garantizar la seguridad en entornos industriales y domésticos. Este trabajo presenta la caracterización experimental y el modelado de un sistema de control compuesto
por un motor de corriente directa (DC) y un sensor de gas MQ-4, utilizados para controlar la inyección de gas y medir su concentración,
respectivamente. Ambos dispositivos fueron modelados como sistemas
de primer orden a partir de datos obtenidos mediante pruebas con señales escalón, usando plataformas Arduino Nano y Raspberry Pi 4. La
función de transferencia del sistema combinado resultante se utilizó para diseñar un controlador proporcional-integral (PI) que elimina el error
estacionario y mejora la respuesta dinámica del sistema [1]. Los resultados experimentales muestran que el motor presenta una constante de
tiempo promedio de 394 ms y una ganancia de 24.54 RPM/V, mientras
que el sensor MQ-4 presenta una constante de tiempo de 129 ms en
promedio. La planta completa, al modelarse como un sistema de segundo orden, demostró ser estable, sobreamortiguada y adecuada para el
control en lazo cerrado. El sistema implementado logró seguir satisfactoriamente los valores de referencia con una reducción significativa del
error permanente. Estos resultados validan la eficacia del controlador PI
y demuestran que este enfoque es viable para aplicaciones de automatización de bajo costo [1].