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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ALGORITMO DE CONTROL PREDICTIVO
MULTIVARIABLE DE TEMPERATURA Y NIVEL PARA LA ESTACIÓN DE CONTROL DE
PROCESOS FESTO EN EL LABORATORIO DE MECATRÓNICA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
Autores: Diego Bolaños Paredes Director: Ing. Marco Singaña
Luis Mayorga Miranda Codirector: Ing. Wilson Travez
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AGENDA
INTRODUCCIÓN
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
CONCEPTOS BÁSICOS
METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
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INTRODUCCIÓN
Control Clásico
• Señales continuas y lineales
Época actual• El Limitantes
es la falta de conocimiento
Objetivo del control
moderno
• Satisfacer múltiples cambiantes
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ANTECEDENTES
4
Variables dependientes
No representan
sistemas dinámicos complejos
El punto de Ajuste está
lejos
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OBJETIVOS
GENERAL
• Diseñar e implementar un algoritmo de control predictivomultivariable de temperatura y nivel para en la estaciónde control de procesos FESTO en el Laboratorio deMecatrónica.
5
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OBJETIVOS
ESPECÍFICOS
• Investigar y extraer información necesaria sobre controladores avanzados ysus elementos básicos.
• Realizar el modelamiento de la planta
• Determinar la función objetivo para optimizar la planta.
• Establecer los límites y restricciones de la planta
• Diseñar un algoritmo de control predictivo multivariable
• Implementar el algoritmo de control predictivo usando el dispositivo NImyRIO.
• Verificar el correcto funcionamiento de la planta.
• Comparar con otro controlador tradicional.
6
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CONCEPTOS BÁSICOS
Control avanzado
modifica las condiciones de operación, através de un modelo matemático que lodescriba en forma bastante aproximada.
Útil cuando existen procesos conmayor grado de complejidad.
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CONCEPTOS BÁSICOS
Control Predictivo Basado en Modelo (MPC)
El sistema utiliza un modelo matemático delproceso para predecir el comportamiento delsistema en el futuro frente a posibles accionesde control a aplicar.
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CONCEPTOS BÁSICOS
Estrategia de control
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CONCEPTOS BÁSICOS
Control Predictivo Basado en Modelo (MPC)
k = instante inicial de tiempo
hp=horizonte de tiempo finito
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CONCEPTOS BÁSICOS
Elementos del MPC
1 Modelo de la Predicción
2 Función Objetivo
3 Ley de Control
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CONCEPTOS BÁSICOS
Función Objetivo o de Coste
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarjeta NImyRIO -1900
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Arquitectura de la tarjeta
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Planta de Procesos FESTO
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Implementación del Hardware
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Modelamiento
Adquisición de datos
Tabulación
de datos
Depuración de datos erróneos
Obtención de parámetros
Validación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Adquisición de Datos
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Tabulación y depuración de datos erróneos
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Ingreso de datos a Matlab
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Gráficas de los datos adquiridos
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Partes del Ident
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Validación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Validación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Matriz de Espacios de Estado
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Matriz de Espacios de Estado
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Validación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Paleta en LabVIEW del controlador MPC
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Módulo de control predictivo
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Simulación
Implementación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Crear Modelo de Control Predictivo
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Elementos – CD Create MPC
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Elementos – CD Create MPC
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Simulación – Generar Set Points por Tiempo
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Simulación –Adelanta Hp y Hc
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Simulación - Espacios de Estados Discreto
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Resetear Controlador MPC
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Implementar Controlador MPC
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Ingreso Costos y Restricciones
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Programa de simulación
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Implementación del Sofware
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Programación FPGA
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Programación en RT
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METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO
Programación en la PC
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Obtención de los parámetros adecuados para la sintonización delos controladores - Nivel
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Obtención de los parámetros adecuados para la sintonización de los controladores - Temperatura
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Simulación vs Implementación Nivel
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Simulación Vs Implementación Nivel
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Simulación Vs Implementación Temperatura
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
Simulación Vs Implementación Temperatura
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
PID VS MPC - Nivel
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ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS
PID VS MPC - Temperatura
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Conclusiones
• Los datos de muestreo de cada variable deben contener el mismo número de muestras tanto en losdatos de entrada como de salida para poder ingresar al workspace de Matlab y posteriormente alIDENT.
• Para obtener un correcto modelo de una planta, ésta nos debe permitir capturar el comportamientode cada variable, ya que el modelo del proceso debe contener toda la información posible sobre ladinámica del sistema porque de esto dependerá la fiabilidad del modelo que vamos a aplicar.
• El MPC no tiene definido una metodología para la sintonización.
• El MPC permite manipular restricciones reales de la planta, corregir errores en la salida y en laacción de control, también permite manipular la velocidad con la que se ejecuta la acción decontrol.
• El control MPC es un control avanzado que permite optimizar recursos, como la prolongación de lavida útil de los actuadores, los costos de consumo de energía y tiempo de operación.
• Se puede ver que el control MPC tiene mejores resultados que un controlador tradicional en estecaso un PID, ya que no tiene sobre impulso y el tiempo de estabilización es más rápido.
• El ingreso de datos para un sistema MIMO se realiza mediante matrices, las cuales van alternadasuna a una para cada variable respectivamente.
• Se puede cambiar los parámetros del controlador MPC en tiempo real, es decir no es necesariodetener el controlador, lo que resultaría perjudicial para una empresa.
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RECOMENDACIONES
• Se recomienda dimensionar adecuadamente los límites de trabajodel proceso así como los rangos del actuador, debido a que unfuncionamiento del sistema o acción de control fuera de lasrestricciones configuradas en el MPC podría llevar a un malfuncionamiento del mismo o a respuestas inestables del proceso.
• Las compilaciones necesarias para los programas sobre la FPGArequieren de un tiempo prolongado, incluso si los cambiosrealizados son mínimos, por tanto, se pide realizar la programaciónsencilla y estable, que no requiera cambios a futuro, losprocedimientos que se crean van a modificarse continuamente,hacerlo en los VI sobre el chasis de la myRIO o sobre elcomputador de ser el caso.
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Gracias
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