1Tema 5. Estructuras avanzadas de controlTema 5. Estructuras Avanzadas de controlNDICE: Introduccin Estructuras avanzadas de controlControlde relacin (ratio)ControlselectivoControlcon restriccionesControlde gama partidaControlanticipativoControlen cascadaControlde procesos con grandes tiempo muertosIntroduccin

Tema 5. Estructuras avanzadas de controlCA!ACTE!"#TICA# $E% C&'T!&% !EA%I(E'TA$&9)E'TA*A#+ +,roduce accin correctora en cuanto e-iste error%a accin correctora es independiente de la .uente / tipo de la pertur0acin'ecesita poco conocimiento del proceso a controlar (un modelo apro-imado)El controlador ,I$ es uno de los controladores de realimentacin m1s vers1til / ro0usto9$E#)E'TA*A#+ + 'o produce accin correctora 2asta 3ue la pertur0acin se propaga a la varia0lecontrolada 'o es capaz de generar una accin preventiva (aun3ue las pertur0aciones seanconocidas o se puedan medir) En procesos con grandes tiempo muertos4 la din1mica del sistema en 0ucle cerrado nosuele ser acepta0le En algunas aplicaciones la varia0le controlada no puede medirse / la realimentacin nopuede realizarse5Tema 5. Estructuras avanzadas de controlIntroduccin9 A pesar de sus desventa6as4 la ma/or7a (8 9:;) de lasaplicaciones industriales utilizan 0ucles derealimentacin simple9 ,ara las situaciones en las 3ue el control realimentado no resulta satis.actorio4 es necesario utilizar otras estrategias para o0tener las prestaciones re3ueridas9 A estas estrategias4 3ue se com0inan con el 0ucle de realimentacin (no lo sustitu/en) se les denominaestructuras avanzadas de controlControl de !elacin (!atio)AAlternativas9 Controlar directamente los dos caudales / a6ustar los valores de consigna a unos valores previamente calculados9 (edir el caudal de re.erencia A (no manipula0le)4 multiplicarlo por !4 / 2acer @?!AA (punto de consigna del controlador de caudal)9 (edir am0os caudales4 calcular la relacin entre ellos (ratio real) / a6ustar la v1lvula de producto @Control de !elacin (!atio)Tema 5. Estructuras avanzadas de controlE6emplo+ #istema de mezcla de corrientes de proceso&06etivo : (antener un relacin constante entre los caudales A / @A(t)4 m5>2@(t)4 m5>2BCTema 5. Estructuras avanzadas de controlControl de !elacin (!atio)E6emplo+ #istema de mezcla de corrientes de procesoA(t)4 m5>2@(t)4 m5>2FTFC1 1FTFC2 2Solucin: controlar am0os caudales de .orma 3ue los #,cumplan la relacinProblema: suele ocurrir 3ueuno de los dos caudales slo se puede medir (caudal de re.erencia)Tema 5. Estructuras avanzadas de controlE6emplo+ #istema de mezcla de corrientes de procesoA(t), m3/hFT1FY1BFT FC22R*ASPSolucin A: medir el caudal de re.erencia (A) #, para DC ? !AA@?!AAEanancia constanteB(t), m3/hFB ? RFA9E6emplo+ #istema de mezcla de corrientes de procesoFTA(t)4 m5>2@(t)4 m5>21FYB/A1BFT2ControladorRCde relacin1SP (R)Solucin B: medir am0os caudales calcular su relacin (@>A)Controlador ,I$ cu/o #, es elvalor de ! deseado!?@>AEanancia no linealFB ? GBFA A

? G RAHControl #electivo&06etiv o+ (antener 0a6o control (entendido como conseguir 3ue no se superendeterminados l7mites) varias varia0les de proceso manipulando una sola varia0le9 )arios o06etivos de control asociados a un proceso no pueden satis.acerse simult1neamente9 'o es posi0le eliminar la desviacin en todas ellas a cam0ios en la carga o en el punto de consigna9 Es necesaria alguna estrategia en 3ue las varia0les controladas puedan compartir varia0les manipuladasE6empl o+ ,roceso en el 3ue se calienta un .luido mediante un 2orno 3ue sirve como .luido cale.actor en un tren de intercam0iadores. %ocalmente secontrola la temperatura de cada uno de los pasos.%a temperatura del .luido cale.actor se controla regulando la aportacin decom0usti0le al 2orno.1:11Tema 5. Estructuras avanzadas de controlSPMINPT PC1Control #electivoE6empl o+ #istema calentadorgases de com0ustinSPTT TC11Iorno 22Thaire .uelTT4TCSP1TT TC SP331Control #electivoSPMINPT PC1E6empl o+ #istema calentadorgases de cm!"st#$%SPTT TC11&'%22ThTT4a#'e("e)SP*!#asTCTY1 4 +ma,TT TC SP331Control con restricciones a la entrada15Tema 5. Estructuras avanzadas de control9 #e superan los l7mites del actuador (entrada al proceso)%a varia0le de control alcanza los l7mites del actuadorEl lazo de realimentacin se rompe+ el sistema tra0a6a como en 0ucle a0iertoConsecuencia+ transitorios largos / .uertes so0reimpulsos9 Jindup+ #aturacin del tKrmino integral#e produce un crecimientoincontrolado del tKrmino integral de la seLal de control #e re3uiere 3ue el error tenga sentido opuesto duranteun periodo largo para retornaral rango de actuacin lineal Estrategia AW (Anti-Windup)+Es3uema adicional de compensacin. 'o es e-clusivo del ,I$9 &tros mKtodos de diseLo@asados en tKcnicas predictivas / teor7as de control m1s avanzadas!estricciones tomadas en cuenta a priori'ecesidad de modelo1 sControl con restricciones a la entradaE#T!ATEEIA# AJ+ #eguimiento IntegraleuMp +Modelo actuadorurMp>Ti +-+ew1> TtTt constante de tiempo de seguimiento9 %azoe-tra de realimentacin para la accin integral9 &06etivo+ pasar a cero la accin integral en un tiempo no nulo / cu/o valor depende de Tr.9 Tr+ constante de tiempo de seguimiento9 Cuanto m1s pe3ueLa sea Tr4 m1s r1pido seresetea el integrador.9 %os valores aconse6ados son Td N Tr N Ti9 Cuando el actuador no est1 saturado el lazo e-tra no produce ningOn e.ectoControl con restricciones a la salidaC&'T!&% &)E!!I$E9 &06etivo+ proteccin para 3ue ciertas varia0les de interKs no superendeterminados l7mites (restricciones)9 Estrategia para procesos en 3ue varios reguladores con o06etivos di.erentescomparten un mismo actuador9 (a/or nP de varia0les controladas 3ue manipuladas9 %a varia0le manipulada disponi0le se usa para controlar la varia0le de ma/orinterKs9 ,ermite cam0iar de varia0le controlada onQline+ )arios o06etivos de control asociados a un proceso no pueden satis.acerse simult1neamenteControl overrideE6emplo+ Control del caudal de salida / nivel de un depsitoh2(t)(e(t)Objetivos:Q .lu6o constante de l73uido al procesoQ evitar des0ordamientos del tan3ue o3ue la 0om0a se desce0eVariables controladas+Q caudal de alimentacin al procesoQ nivel del depsitonica variable mani!ulada+Q apertura de v1lvula de salidah(t)SPh1(t)FCFT22((t) ,rocesoControl overrideE6emplo+ Control del caudal de salida / nivel de un depsito(e(t)FC2 Controlador de .lu6oLC11 Controlador de nivelF1B #electorh2(t)ma, (h2)m#% (h1)-T -C11 11h(t) SPh1(t)FY FCFT1B22((t)19Tema 5. Estructuras avanzadas de controlE6empl o+ Control del nivel / del caudal del depsito9Control realimentado R override9FC2+ controlador por realimentacin varia0le controlada+ caudal de salida4 !"t# varia0le manipulada+ apertura de v1lvula a la salida9LC11+ controlador de nivel ,unto de consigna + $1 (valor m7nimo permitido para el nivel) #i el nivel est1 por encima del m7nimo4 $"t# % $1"t#& el controlador solicita una aperturade v1lvula del 1:: ; #i !e"t# se corta4 el nivel puede 0a6ar por de0a6o del m7nimo 2aciendo 3ue la 0om0acavite. #olicita el cierre de la v1lvula9F1B+ selector de m7nimo #elecciona la apertura m7nima solicitada entre FC2 / LC11 En condiciones normales el nivel estar1 por encima del m7nimo4 por lo 3ue ser1 FC2 el3ue go0ierna la v1lvula Cuando el nivel entra en zona restringida4 $"t#' $14 F1B da prioridad a la seLal de LC114 cerrando la v1lvula para evitar 3ue el tan3ue se vac7e. #e a0andona temporalmente el o06etivo de control de .(t#9El transmisor de nivel LT enviar1 la seLal tam0iKn a otro controlador4 3ue de0er1 cerrar lav1lvula de entrada !e"t# si el nivel est1 por encima del m1-imo permitido (otro lazo)Control de gama partida1HTema 5. Estructuras avanzadas de control9 Tam0iKn denominado control de rango partido9 Caso en 3ue un regulador puede manipular dos o m1s actuadores.(a/or nP de varia0les manipuladas 3ue controladas9E6emplo+ !eactor al 3ue entra un producto gaseoso A4 / sale un producto @resultante de la reaccin.9 &06etivo+ (antener la presin , del interior del reactor)aria0les manipuladas+ v1lvula de entrada de A / v1lvula de salida de @#electorSP,T,TAB!eactor)1 ):Tema 5. Estructuras avanzadas de controlControl de gama partidaE6emplo+ !eactor al 3ue entra un producto gaseoso A4 / sale un producto @resultante de la reaccin9 %a salida del regulador de presin (C va a un selector 3ue se encarga dedistri0uir la accin de control entre las dos v1lvulas )1 / )9 %a pol7tica a seguir est1 representada en la gr1.ica+ A presiones 0a6as4 )1 estar1 a0ierta al 1::; / ) cerrada. A altas presiones4 )1 estar1 cerrada / ) a0ierta. A presiones intermedias4 la a0ertura de cada v1lvula se determina de lagr1.ica1:: ;)1 ): ;,Control AnticipativoQ9 #e utiliza cuando las pertur0aciones signi.icativas a.ectan m1s directamente ala varia0ledesalida 3ue se desea controlar9 Este tipo de pertur0aciones se denominan !erturbaciones a la salida o decar"a9 Stiliza la medida de la propia pertur0acin (o de una varia0le au-iliar de la 3ue in.erir su valor) para actuar antes de 3ue la pertur0acin se propague a lasalida9 Sn caso particular es el control de proporcin o de relacin$Ec#, ,)R EcEpRControl en Cascada

Tema 5. Estructuras avanzadas de controlQ9 #e utiliza cuando las pertur0aciones a.ectan directamente a la varia0le manipulada (en la ma/or7a de los casos ser1 un caudal de materia o .lu6o deenerg7a)9 Este tipo de pertur0aciones se denominan !erturbaciones a la entrada9 Stiliza la medida de varia0les internas (au-iliares) para detectar r1pidamenteel e.ecto de las pertur0aciones e iniciar antes la accin correctora9 #e realiza mediante 0ucles de realimentacin anidados$Ec#, ,)R EcREpControl de procesos con grandes retardos5Tema 5. Estructuras avanzadas de control9 %os tiempos muertos o retardos puros constitu/en una parte.undamental de la din1mica de muc2os procesos industriales.9 #iem!o muerto+ es el 3ue transcurre entre el momento en 3ue se produce un cam0io en una varia0le de entrada / el momento en 3ue el e.ecto de esa variacin se o0serva en la varia0le de salida.En procesos3u7micossuelede0ersea+ Tiempo 3ue tarda un .luido o un material en circular de un punto a otro(retardo distanciaQvelocidad) (ezcla imper.ecta en un e3uipo tipo tan3ue agitado $nde se coloca el sistema de medida de la varia0le controlada9 %a realimentacin simple resulta insu.iciente9 Con o06etor de preservar su esta0ilidad los lazos resultan lentosAlternativ a+9 Algoritmos espec7.icos de compensacin de tiempos muertos. #on de car1cter predictivos9 %a 0ondad de los mKtodos predictivos est1 en la e-actitud del modelo