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Controladores y regulación (Presentación PowerPoint)




Enviado por Pablo Turmero



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    CARACTERÍSTICAS DE ANÁLISIS EN UN SISTEMA DE
    CONTROL: Se refiere a las propiedades que deben ser mejoradas,
    modificadas o mantenidas en un proceso en control
    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES: Estabilidad: es la
    propiedad en la que un proceso mantiene su Y(s) dentro de ciertos
    limites al producirse un cambio en U(s). Lo determina el valor
    final de la señal de salida. Exactitud: es el margen de
    error que existe entre Y(s) y U(s) una vez el sistema esta en
    estado estable. Lo determina la diferencia entre el valor final y
    el valor deseado. Velocidad: es el tiempo que tarda la
    señal Y(s) en seguir a la señal U(s) para eliminar
    el error. Lo determina la constante de tiempo.

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    CONCEPTO DE CONTROLADOR: Dispositivo que compara la referencia R
    con la salida P, calcula el error E y en base a este aumenta o
    disminuye su salida Y para influir en la entrada del proceso. El
    proceso puede ser afectado por señales de disturbio (U),
    que alteran la salida P. SEÑALES Y ACCION DEL CONTROLADOR:
    Señales del Controlador: Entrada: E = (R-M) Salida: Y
    (Gp:) Válvula (Gp:) Proceso (Gp:) Medidor (Gp:) P (Gp:) +
    (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) M (Gp:) R (Gp:) Controlador (Gp:) + (Gp:) Y
    (Gp:) V (Gp:) U (Gp:) E Señales del Proceso: Entrada: V +
    U Salida: P

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    ACCIÓN DE CONTROL: Forma como el controlador mueve su
    salida en base al error. Las acciones básicas son:
    Proporcional, Integral y Derivativa. CARACTERISTICAS
    DETERMINANTES DE LOS CONTROLADORES : NATURALEZA FISICA: Pueden
    ser electrónicos, eléctricos, mecánicos,
    hidráulicos, neumáticos, software, entre otros.
    TIPO DE CONTROLADOR: Lo determina la acción de control o
    combinación de acciones configuradas en el dispositivo.
    Los mas frecuentes son: Controlador P: Proporcional Controlador
    P-I: Proporcional Integral Controlador P-I-D: Proporcional
    Integral derivativo

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    ACCION DE CONTROL PROPORCIONAL : La salida del controlador es
    proporcional al error, multiplicada por una constante Kp llamada
    ganancia o constante proporcional. Kp e (t) y (t) Relación
    entrada salida: y (t) = Kp. e (t) Aplicando Transformada: Y(S) =
    Kp. E(S) (Gp:) SP (Gp:) LT (Gp:) LC (Gp:) NIVEL (VARIABLE
    CONTROLADA) (Gp:) OFFSET ERROR PERMITIDO

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    CONTROLADOR CON ACCION PROPORCIONAL : Al evaluar las
    características para un sistema de segundo orden con un
    Controlador P para diferentes valores de Kp y un cambio
    escalón se aprecia lo siguiente: La salida decrece
    proporcionalmente con la variable de proceso La magnitud del
    error es proporcional a la señal de salida del controlador
    y por ende al elemento final de control El sistema se estabiliza
    cuando Y es igual a P Existe una desviación permanente
    entre P y R llamada OFFSET, la acción proporcional no
    elimina el error. El aumento de la ganancia produce la
    disminución del error y mejora la velocidad El aumento
    reiterado de la ganancia introduce inestabilidad
    Características de los controladores P

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    ACCION DE CONTROL INTEGRAL : La salida del controlador es
    proporcional a la integral del error (error acumulado),
    multiplicada por una constante Ki llamada constante integral. Ki
    / S e (t) y (t) Relación entrada salida: y (t) = Ki. ? e
    (t) dt Aplicando Transformada: Y(S) = Ki. E(S) / S Función
    de transferencia de la Acción Integral : Y(S) = Ki E(S) S
    Tiempo Integral: se define como la relación entre Kp y Ki.
    Ti = Kp (Min) Ki

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    CONTROLADOR CON ACCION INTEGRAL : Al evaluar las
    características para un sistema de segundo orden con un
    Controlador P-I e I para diferentes valores de Ki y un cambio
    escalón de 25%, se aprecia lo siguiente: Se elimina el
    error el cual tiende a ser cero. Genera oscilaciones en la
    respuesta del proceso. El aumento de Ki (disminución de
    Ti) tiende a estabilizar las oscilaciones El aumento reiterado de
    Ki hace muy lenta la respuesta del sistema. La disminución
    reiterada de Ti hace que el controlador tienda a P
    Características de los controladores P- I e I

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    ACCION DE CONTROL DERIVATIVA : La salida del controlador es
    proporcional a la derivada del error multiplicada por una
    constante Kd llamada constante derivativa. Kd . S e (t) y (t)
    Relación entrada salida: y (t) = Kd. d [e(t)] / dt
    Aplicando Transformada: Y(S) = Kd. E(S) . S (Gp:) Función
    de transferencia de la Acción Derivativa : Y(S) = Kd . S
    E(S) Tiempo Derivativo: se define como el producto de Kp por Kd.
    Td = Kp. Kd (Min)

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    CONTROLADOR CON ACCION DERIVATIVA : Al evaluar las
    características para un sistema de segundo orden con un
    Controlador P-I-D y P-D para diferentes valores de Kd y un cambio
    escalón de 25%, se aprecia lo siguiente: Mantiene ciertas
    características de las acciones P e I. Un leve aumento de
    Kd o Td permite suavizar las oscilaciones de Ti. Un leve aumento
    de Kd o Td permite mejorar el tiempo de respuesta. El aumento de
    Kd tiende a retardar el proceso La disminución reiterada
    de Kd hace que el controlador se vuelva I Características
    de los controladores P- I – D y P- D

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    TIPOS DE CONTROLADORES: (Gp:) Kd . S (Gp:) Proceso (Gp:) Medidor
    (Gp:) P (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) M (Gp:) R (Gp:) E (Gp:) Ki / S
    (Gp:) Kp (Gp:) Y (Gp:) P = Kp (Controlador P) (Gp:) PI = Kp + Ki
    /S (Controlador PI) o PI = Kp ( 1 + 1 / TiS) (Gp:) PID = Kp + Ki
    /S + Kd.S (Controlador PID) o PID = Kp ( 1 + 1 / TiS +
    Td.S)

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    (Gp:) PI = Kp ( 1 + 1 / TiS) Variables Rápidas como
    ELECTRICAS (Gp:) PID = Kp ( 1 + 1 / TiS + Td.S) Variables Lentas
    como TEMPERATURA TIPOS DE CONTROLADORES Y VARIABLES DE PROCESOS:
    OTRAS VARIABLES: NIVEL: Su rapidez depende del área, a
    mayor área la variable es mas lenta PRESION: Su rapidez
    depende el diámetro, a mayor diámetro la variable
    es mas lenta. FLUJO: Su rapidez depende del elemento final de
    control (Válvula)

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    MÉTODO PARA EL AJUSTE DE CONTROLADORES: Un método
    clásico es el método de Oscilación y se
    aplica así: 1.- Se utiliza solo control P y se comienza
    con un Kp pequeño (1 o menos) 2.- Se incrementa
    progresivamente Kp hasta que se obtenga una oscilación en
    la salida del controlador. 3.- La Kp que produce la
    oscilación se considera como ganancia critica Kc. 4.- Se
    registra el periodo de la oscilación como Pc (Periodo
    critico). 5.- Se obtienen los parámetros aproximados del
    controlador según la tabla: 6.- Los datos obtenidos por
    este método son un punto de partida, se puede hacer un
    ajuste fino para mejorar la respuesta.

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    PROYECTO SISTEMA DE CONTROL 3ER CORTE DISEÑO DE
    CONTROLADORES PID DE UNA PLANTA Objetivo General: Diseñar
    en Simulink los Modelos del un Sistema de Control basado en
    controladores PID para el proceso de la siguiente figura: (Gp:)
    Tanque 1 (Gp:) Tanque 3 (Gp:) Producto Final (Gp:) Tanque 2 (Gp:)
    Fluido A (Gp:) Fluido B (Gp:) Intercambiador de Calor (Gp:)
    Vapor

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    Descripción del Proceso: Un fluido A entra al tanque 1 con
    un flujo q1. Posteriormente con un flujo q2, el fluido A para al
    tanque 2 y seguidamente al tanque 3 con un flujo q3. Un fluido B
    a una temperatura T1 se introduce a un intercambiador de calor,
    con el propósito de aumentarle su temperatura a T2. En el
    tanque 3 se presuriza la mezcla de los fluidos para obtener el
    producto final. Las características de los elementos del
    proceso son:   – Los tanques 1 y 2 tienen diámetros
    de 8 y 10 metros respectivamente, ambos con una altura de 7
    metros. Se requiere que el nivel se mantenga en cada tanque
    controlado en 4 metros de altura como valor deseado.   – El
    intercambiador de calor tiene un modelo de proceso de segundo
    orden con una constante de tiempo de 25 segundos y un factor de
    amortiguamiento de 0,5 y ganancia unitaria. Se requiere regular
    la temperatura del fluido B, inyectando vapor para llevarla a 90
    grados centígrados.   – El tanque 3 tiene un modelo
    de segundo orden con constante de tiempo de 10 segundos y factor
    de amortiguamiento de 0,8. La presión se debe mantener
    regulada a 50 psi a través de la válvula de salida.
      – Los transmisores de nivel disponibles tienen modelos de
    1er orden con constantes de tiempo de 0.9 segundos y ganancia
    0,95. – El transmisor de temperatura es un proceso de primer
    orden de ganancia unitaria y constante de tiempo de 40 segundos.
    – Las restricciones en las salidas de los tanques 1 y 2 son de
    h/3. – Las válvulas de control de nivel tienen un
    comportamiento lineal con ganancia unitaria al igual que el
    transmisor de presión para el tanque 3. PROYECTO SISTEMA
    DE CONTROL 3ER CORTE DISEÑO DE CONTROLADORES PID DE UNA
    PLANTA

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    Requerimientos del Sistema de Control basado en controladores
    PID: – Controlar el nivel del tanque 1 y tanque 2. – Controlar la
    temperatura en el intercambiador. – Controlar la presión
    en el tanque 3.   Aspectos a Evaluar: – Se debe elaborar el
    modelo de la planta en Simulink, que permita la
    representación y la simulación del proceso buscando
    estabilidad, mínimo error y mínimo de oscilaciones
    en las respuestas y variables de los procesos, es decir una
    respuesta óptima y controlada. Se debe realizar el
    diseño y entonamiento de los controladores, aplicando el
    método de las oscilaciones.   – El archivo del modelo
    debe ser entregado en CD en grupos de 5 personas, con el
    respectivo informe del diseño. El diseño tiene una
    nota por equipo con un peso en la evaluación del 3er corte
    de 12,5%. En forma individual, los integrantes de los equipos
    realizaran la defensa de los modelos diseñados a
    través de una evaluación. Esta evaluación es
    individual con un peso en la evaluación del 3er corte de
    12,5% y tendrá como tema central la unidad de
    controladores con los aspectos relacionados a la actividad
    realizada para el diseño del modelo de controladores PID.
    PROYECTO SISTEMA DE CONTROL 3ER CORTE DISEÑO DE
    CONTROLADORES PID DE UNA PLANTA

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