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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
“Identificación y diseño del controlador para un sistema de regulación de nivel en una caldera.”
TESINA DE SEMINARIO
Previo a la obtención del Título de:
INGENIERO EN ELECTRICIDADESPECIALIZACIÓN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
Presentada por:
César Ernesto Wonsang ValleCarlos Eduardo Méndez Acevedo
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OBJETIVOS PRINCIPALES Obtención de un modelo aproximado a una
planta real utilizando el método experimental de identificación de sistemas.
Diseñar un controlador acorde a la planta identificada.
Dar a conocer a la comunidad de la Espol y otras universidades esta técnica de uso practico en la industria.
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LA CALDERA
Función de una caldera Tipos de Calderas Partes de la Caldera
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IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA
ES LA MODELACIÓN DE SISTEMAS DINÁMICOS A PARTIR DE DATOS EXPERIMENTALES.APLICACIONES
Plantas industriales (industrias petroleras y de alimentos)
Sistemas electrónicos en general
Sistemas Biológicos y Bio-informáticos.
Sistemas económicos y financieros.
Sistemas sociales (desordenes y enfermedades).
DESARROLLO:
Diseño del experimento y ejecución.
Pre procesamiento de los datos.
Selección de la estructura del modelo.
Estimación de Parámetros. Validación del Modelo.
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PLANTA VIRTUAL Modelo matemático del
calderín
Modelo matemático de la zona de combustión
Modelo matemático del recalentador
Modelo matemático del pre calentador de aire
Modelo matemático del colector de vapor
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERÍNBalance de materia:
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERIN
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERÍN
El modelo obtenido para el calderín se muestra en la figura :
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERIN
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERÍN
Si la energía interna es entonces :
Balance de Energía:
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERIN
Donde (entalpía de condensación).
Después:
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERÍN
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MODELO MATEMÁTICO DEL CALDERÍN Con estos análisis previos se presenta el balance
de energía en simulink.
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PLANTA VIRTUAL
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RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO ABIERTO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO
Entrada Step de 30000lb/h correspondiente al set point de la caldera
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RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO ABIERTO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO
Existe un efecto integrador por lo cual el sistema es inestable
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RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO CERRADO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO
Respuesta de la planta en lazo cerrado
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DISEÑO DE LA SEÑAL DE ENTRADA PRBS
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DISEÑO DE LA SEÑAL DE ENTRADA MSS
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ELECCION DE LA SEÑAL DE ENTRADA
PRBS
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ELECCION DE LA SEÑAL DE ENTRADA
MSS
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PRE-BLANQUEADO DE LA SEÑAL MSS
La gráfica de la correlación se observa una relación o función diferente a una constante los cual nos dice que existe una dinámica entra nuestra señal de entrada y salida.
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PROCESO DE LA SEÑAL DE ENTRADA AL IDENT
Remover la media (se asemeje al ruido blanco ya que esta señal sería más amigable )
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PROCESO DE LA SEÑAL DE ENTRADA AL IDENT
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IDENTIFICACION NO PARAMETRICA
Análisis de Correlación: Tiempo de estabilización Tiempo muerto Numero de orden de la función Tao dominante
Análisis Espectral: Obtener la respuesta de frecuencia, específicamente
la ganancia de banda media.
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ANALISIS DE CORRELACION Orden de Filtro por default igual a 10
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ANALISIS ESPECTRAL
Blackman Tukey(Resolución de frecuencia por defecto)
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IDENTIFICACION PARAMETRICAS
Los métodos utilizados fueron:
• ARX
• ARMX
• OE
• BJ
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METODO ARX Coeficientes (na=2,nb=2,nk=1)
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METODO ARMAX Coeficientes (na=2,nb=1, nc=2,nk=1)
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METODO ARMAX Coeficientes (na=4,nb=1, nc=4,nk=4)
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METODO OE Coeficientes (nb=1 nf=2 nk=3)
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METODO BJ Coeficientes (nb=1 nc=2 nd=2 nf=2
nk=1)
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ELECCION DEL MEJOR MODELO Para tomar la decisión del método nos valemos de la
respuesta al escalón, debido a que BJ 12221 y ARMAX 2121 son parecidas, como lo muestra la gráfica.
BJ
ARMAX
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MODELO OBTENIDOLa respuesta obtenida que describe el comportamiento de nuestra planta es:
Modelo para señales discretas: A(q)y(t) = B(q)u(t) + C(q)e(t)
A(q) = 1 - 1.786 (+-0.0008515) q^-1 + 0.884 (+-
0.0006856) q^-2B(q) = 0.0002935 (+-9.359e-007) q^-1
C(q) = 1 + 1.108 (+-0.01695) q^-1 + 0.5506 (+-0.01696)
q^-2
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CONTROLADORExportamos nuestra planta a SISOTOOL
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CONTROLADORRespuesta Discreta a continua
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CONTROLADORTrayectoria de raices
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CONTROLADOR
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CONTROLADOR
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CONTROLADOR
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CONTROLADOR
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GRACIAS
POR TODO LO ENSEÑADO…