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CONTROL MULTIVARIABLEFernando Morilla Garca Dpto. de Informtica y Automtica fmorilla@dia.uned.es
ContenidoTema 1: Introduccin al control multivariable Tema 2 : Medidas de interaccin Tema 3 : Control descentralizado Tema 4 : Control centralizado
PROCESO MULTIVARIABLEu1 u2 y1 y2
un
. . .
PROCESO
. . .
ym
LAZO CONVENCIONALPerturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seal de salida
CONTROL CONVENCIONALVapor P TC Tr
Fv q Lquido fro Ti Vapor condensado Cambiador de calor T
TT
Lquido caliente
LAZOS EN CASCADAPerturbacin Perturbacin 2 1 Seal 2 de control Proceso 2 Proceso 1 Seal 2 de salida Seal 1 de salida
Seal 1 de referencia
Seal 1 de control
Controlador 1
Controlador 2
CONTROL EN CASCADAFT Vapor P FC Fr TC Tr
Fv q Lquido fro Ti Vapor condensado Cambiador de calor T
TT
Lquido caliente
LAZO CON FEEDFORWARDPerturbacin Seal de control Controlador + Compensador Seal de salida Proceso
Seal de referencia
CONTROL FEEDFORWARDGf Vapor P -
TT q Lquido fro Ti Vapor condensado
+
TC
Tr
Fv Cambiador de calor T
TT
Lquido caliente
LAZO RATIOVariable auxiliar Seal de control X Seal de referencia Controlador Proceso Perturbacin Seal de salida
CONTROL RATIOX FC
FT FB Producto B r
FT FA Producto A
Depsito
LAZO SELECTIVOPerturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seales de salida
Selector
CONTROL SELECTIVO
Reactor qumico Producto Alimentacin TT TT TT Refrigerante
Selector Tr
TC
LAZO OVERRIDEPerturbacin Seal 1 de referencia Controlador 1 Selector
Proceso Seal de control Seales de salida
Controlador 2 Seal 2 de referencia
CONTROL OVERRIDELr Fr LC FC Selector
LT
FT
Depsito
NIVELES DE AUTOMATIZACINAtiende a objetivos econmicos globales de planta. Controla un equipo de forma global. Incorpora objetivos econmicos locales de unidad.
Se mejora el control bsico. Rara vez atiende a objetivos econmicos directos.
OPTIMIZACIN EN LINEA (?) CONTROL MULTIVARIABLE ([DMC], RMPCT, ...)
Se garantiza la seguridad de la planta. Se modifica directamente la vlvula.
CONTROL AVANZADO (feedforward, selectores, inferencias, ... ) CONTROL BASICO (fundamentalmente PID's sencillos, cascadas)
PROCESOS MULTIVARIABLESAC x FC m1F
Analizador
m2
Proceso de mezcla
PROCESOS MULTIVARIABLES
Proceso de intercambio de calor
PROCESOS MULTIVARIABLES
Estacin de evaporacin
PROCESOS MULTIVARIABLESV1producto de cabeza condensador
1 plato n
Lacumulador reflujo destilado
D
Ff alimentacin N vapor producto de fondo caldern
S
B
Columna rectificadora
CLASIFICACIN DE VARIABLES
perturbaciones PROCESO variables manipuladas
variables no controladas
variables controladas
CONTROL CONVENCIONAL1 manipulada:
Vapor
P
apertura de vlvula
TC3 perturbaciones:caudal de entrada temperatura de entrada presin de vapor
Tr
Fv Cambiador de calor T
TT
q Lquido fro Ti
Lquido caliente1 controlada:temperatura de salida
Vapor condensado
CONTROL EN CASCADAFT Vapor P FC3 perturbaciones:caudal de entrada temperatura de entrada presin de vapor
2 controladas:
Fr
temperatura de salida caudal de vapor
TC
Tr
1 manipulada:
Fv
apertura de vlvula
TT
q Lquido fro Ti
Cambiador de calor T Lquido caliente
Vapor condensado
CONTROL FEEDFORWARDGf1 manipulada:
Vapor
P
1 perturbacin medible:temperatura de entrada
- apertura de vlvula + TC
Tr
TT q Lquido frocaudal de entrada presin de vapor
Fv Cambiador de calor T
TT
Ti Vapor condensado
Lquido caliente1 controlada:temperatura de salida
2 perturbaciones:
INTERCAMBIO DE CALOR2 perturbaciones: 3 manipuladas:velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactora temperatura del lquido fro a la entrada (T0) temperatura ambiente (Ta)
Ta Q T0 N2 T2 T3 N1
F1
T1
3 controladas:temperatura lquido (T1) temperatura lquido calefactor (T2) caudal lquido fro (F1)
Estacin de evaporacin2 manipuladas:caudal de vahos caudal de jarabe
5 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin y caudal de vapor
5 controladas: presin y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida
Estacin de evaporacin2 manipuladas:caudal de vahos caudal de jarabe
3 no controladas: caudal, brix y temperatura de salida
5 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin y caudal de vapor
2 controladas: presin y nivel en el evaporador,
Estacin de evaporacin3 manipuladas:caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe
4 perturbaciones:caudal, brix y temperatura de entrada presin de vapor
5 controladas: presin y nivel en el evaporador, caudal, brix y temperatura de salida
Columna rectificadora4 manipuladas:caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vaporplato
V1
producto de cabeza
condensador
1 n
Lacumulador reflujo destilado
D
Ff alimentacin N vapor producto de fondo caldern
2 perturbaciones:caudal y composicin de alimentacin
S
B
4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composicin en cabeza y en fondo
METODOLOGASeleccin de las variables controladas Seleccin de las variables manipuladas Seleccin de la configuracin de control Control Centralizado Control Descentralizado
Seleccin del tipo de controlador
CONTROL CENTRALIZADOr1 r2 u1 . . . CONTROLADOR . . . un PROCESO . . . y1 y2
rm
ym
. . .
CONTROL DESCENTRALIZADOu1 . . um PROCESO . . . y1 y2
r1 r2 rm
controlador 1 controlador 2
. . .controlador m
ym
CONTROL DESCENTRALIZADO (3 lazos)Lazo Q - T1: ms lento, fuerte interaccin con el lazo N2 - T2 Lazo N1 - F1: simple, ms rpido, interacciona poco con los otros dos
PITa
PID
Q T0 N2 T2 T3
N1
F1
T1
Lazo N2 - T2: lento, fuerte interaccin con el lazo Q - T1
PID
CONTROL DESCENTRALIZADO (2 lazos)Lazo de presin muy rpido, leve interaccin
PI
PI
Lazo de nivel rpido, leve interaccin
DESCENTRALIZADO (2 lazos) + CENTRALIZADO (2 x 2)V1 plato n producto de cabeza condensador
Lacumulador reflujo destilado
PI
D
Falimentacin
f
2x21 controlador 2x2:caldern
N producto de fondo
PI W 2 lazos de nivel: simples, ms rpidos, interaccionan poco entre s
2 manipuladas:caudal de reflujo y caudal de vapor 2 controladas: composicin en cabeza y en fondo
APLICACIONESProcesos interactivos Procesos con dinmica compleja Procesos con puntos de operacin cambiantes o sometidos al mercado Procesos con alto riesgo = altos beneficios
GRADOS DE LIBERTADNmero de relaciones independientes que se pueden establecer entre las variables Nmero de variables que describen el sistema Grados de libertad
Grados de libertad en un sistema de control
N MVs disponibles
N CVs a controlar en un valor fijo (SP)
GRADOS DE LIBERTADMVs MVs CVs estrecho CVsProceso cuadrado Proceso
MVs CVsProceso amplio
CVs > MVs grados de libertad < 0
CVs = MVs grados de libertad =0
CVs < MVs grados de libertad >0
Proceso cuadrado (3 x 3)3 manipuladas:velocidades (N1 y N2) de las bombas potencia (Q) calefactoraTa Q T0 N2 T2 T3 N1
F1
T1
3 controladas:temperatura lquido (T1) temperatura lquido calefactor (T2) caudal lquido fro (F1)
Proceso cuadrado (4 x 4)4 manipuladas:caudal de destilado caudal de reflujo caudal de fondo caudal de vaporplato
V1 n
producto de cabeza
condensador
Lacumulador reflujo destilado
D
Falimentacin
f
N producto de fondo
caldern
W
4 controladas: nivel en el acumulador, nivel en el fondo composicin en cabeza y en fondo
Proceso estrecho (3 x 1)1 manipulada
Perturbacin Seal de referencia Controlador Seal de control Proceso Seales de salida
SelectorCONTROL SELECTIVO 3 controladas
Proceso estrecho (2 x 1)1 manipulada
Perturbacin
Seal 1 de referencia Controlador 1 Selector
Proceso Seal de control
Controlador 2 Seal 2 de referenciaCONTROL OVERRIDE
Seales de salida
2 controladas
Proceso amplio (2 x 3)3 manipuladas:caudal de vapor caudal de vahos caudal de jarabe
2 controladas: presin y nivel en el evaporador
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