Diseño de un controlador por realimentación de estados para modelos de dinámica poblacional de plagas ante aplicación periódica de un pesticida
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Pimiento Serrano, Juan Diego
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Universidad Santo Tomás
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Los cultivos agrícolas representan una parte vital de la economía global y son esenciales para la seguridad alimentaria. La agricultura produce la mayor parte de los alimentos consumidos por los humanos, y es el mayor empleador a nivel mundial, con más de un billón de personas trabajando en agricultura. En Colombia, el 15% de la fuerza laboral trabaja en el sector agrícola, y en 2021 este sector representó el 15.3% del PIB. Sin embargo, los cultivos son constantemente amenazados por diversas plagas que afectan la producción y disponibilidad de productos alimenticios, generando pérdidas económicas considerables. Los áfidos, por ejemplo, son una familia de plagas presente en una amplia variedad de cultivos, y el manejo de sus poblaciones ha sido un reto constante para los agricultores debido a su acelerada capacidad reproductiva y adaptabilidad a diversos entornos. Al menos 250 especies de áfidos son consideradas plagas de importancia económica por su capacidad de causar graves daños a los cultivos agrícolas. Para hacer frente a las poblaciones de plagas, se suelen emplear métodos convencionales como la aplicación de insecticidas químicos, que pueden ser costosos e ineficientes en el largo plazo debido a las múltiples formas de resistencia que generan las plagas a dichas sustancias. Teniendo en cuenta que los residuos de los pesticidas pueden comprometer significativamente la calidad de los cultivos, alterando propiedades fisicoquímicas, acumulándose en los suelos, e introduciendo riesgos toxicológicos a los consumidores, los agricultores deben aplicar los pesticidas con precisión.
En este contexto, la Teoría de Control Automático puede ser aplicada para formular la aplicación de pesticida como un problema de optimización, buscando un balance entre supresión efectiva de plagas y uso mínimo de pesticidas. En el presente trabajo de grado se diseña un controlador para estimar el uso periódico de pesticida en modelos de dinámica poblacional de plagas a partir del análisis de estabilidad, observabilidad y controlabilidad, y simulación del controlador.
Abstract
Agricultural crops represent a vital part of the global economy and are essential for ensuring food security. Agriculture is responsible for the production of most of the world's food, and it is the largest employer on a global scale, with more than one billion people working in this sector. In Colombia, 15% of the workforce is employed in the agricultural sector, and in 2021 this sector accounted for 15.3% of GDP.
However, agricultural crops are constantly under threat from a variety of pests that have a detrimental effect on food production and availability, causing significant economic losses. Aphids, for instance, are a family of pests present in a wide variety of crops, and managing their populations has been a constant challenge for farmers due to their rapid reproductive capacity and adaptability to diverse environments. It is estimated that at least 250 species of aphids are considered pests of economic importance due to their ability to cause significant damage to agricultural crops. Regarding the issue of pest populations, conventional methods such as the application of chemical insecticides are frequently employed. Nevertheless, these methods can be costly and inefficient in the long term due to the development of multiple forms of resistance by pests to these substances. It is imperative for farmers to exercise precision in the application of pesticides, given the potential for pesticide residues to compromise crop quality by altering physicochemical properties, accumulating in soils, and introducing toxicological risks to consumers. In this context, Automatic Control Theory can be applied to formulate pesticide application as an optimization problem, seeking a balance between effective pest suppression and minimal pesticide use. In this thesis, a controller is designed to estimate the periodic use of pesticides in pest population dynamics models based on stability, observability, and controllability analysis, and controller simulation.
Idioma
spa
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Citación
Pimiento Serrano, J. D. (2026). Diseño de un controlador por realimentación de estados para modelos de dinámica poblacional de plagas ante aplicación periódica de un pesticida [Trabajo de pregrado]. Universidad Santo Tomás, Bucaramanga, Colombia.
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