seminario control

7/21/2019 Seminario control

http://slidepdf.com/reader/full/seminario-control 1/16

CONTROL DE PROCESOS

Laboratorio de Control de Procesos

CURSO 2014-2015

Controlador PID

CONTROL DE PROCESOS

Practica de Laboratorio: Sintonización de un controlador PID

Objetivo

El objeto de estas prácticas es la determinación de lafunción de transferencia de un proceso y el estudio la

sintonización de un sistema y familiarizarse con loscontroladores Prácticas de laboratorio

Sintonización de un controlador de temperatura

Sintonización de un controlador de presión

Identif icación de la función de transferencia de unproceso, (parámetros dinámicos)



CONTROL DE PROCESOS


Introducción sintonización

¿Qué se entiende por ajuste (sintonía)?

PID

SP Salida

Proceso

Carga

+-

m(s)error control

¿ KP , TI , TD ?

Determinación de los parámetros de control, de acuerdo conalgún conjunto de especificaciones

CONTROL DE PROCESOS


¿Cuándo es necesaria la sintonía?

En la puesta en marcha de un sistema de control (1ª

sintonía o presintonía sintonía)

Dificultades del ajuste

1. Exista un único juego de parámetros de control tal quese cumplan estas especificaciones ( Caso más favorable )

2. Existan varios juegos de parámetros de control tal quese cumplan estas especificaciones ( ¿Cuál es el mejor? )

3. No exista un juego de parámetros de control tal que secumplan estas especificaciones ( Caso peor )

Introducción sintonización



CONTROL DE PROCESOS


Fundamento teórico

El control de procesos químicos se realiza en lazo cerrado, almenos en la mayoría de los casos. Esto es debido a que este

tipo de lazo permite la actuación sobre la variable controlada

i

SP +-

M(s)E(s)

D

K

P

+ +

11 sEss

KsM Di

p

+

CONTROL DE PROCESOS


Acciones de control

Su acción consiste en moverse entre dos posiciones. Eldispositivo final tiene sólo dos posiciones. La señal de salida

del controlador depende únicamente del signo de la señal deerror, no de su magnitud.

Todo o nada (ON-OFF)

Acción decontrol

T = 150ºC



CONTROL DE PROCESOS


Ventajas del controlador ON-OFF

• Controlador económico.

• Las válvulas de solenoides son también más económicas que losposicionadores incorporados en el elemento de acción final.

• El sistema es confiable.

• Es fácil de instalar y de ajustar.

• Si el ciclo límite pueda tolerarse, es un candidato a tener en cuenta.

Desventajas del controlador ON-OFF

• Hay una oscilación continua

Observaciones :

• Este tipo de controlador no tiene parámetros para elegir

• En general se lo utiliza en sistemas donde las variables oscilan.

• Aún en pequeñas variaciones del error los cambios en la variable manipuladatienen gran amplitud.

CONTROL DE PROCESOS


Proporcional

La señal de salida del controlador es proporcional al error

Kpe(t) m(t)

CONTROLADOR

Kp: ganancia proporcional delcontrolador

e(t) = ysp-y(t)

)()( teKtm p En variables de perturbación )()( teKtmP

Comercialmente la ganancia proporcional: Banda Proporcional, BP.

BP: es el % del error máximo que da lugar a una variación del 100% en la

salida del controlador

BPte

tm

Kpte p

100

)(

)(

pKBP

100



CONTROL DE PROCESOS


• A medida que aumenta la ganancia del control proporcional el error estacionarioante una entrada de tipo rampa disminuye.

• En sistemas de orden 2 o superior, el aumento de la ganancia del controlproporcional conlleva, generalmente, un empeoramiento de la respuestatransitoria del sistema en lazo cerrado:

Aumento del sobreimpulso.Disminución del tiempo de pico.Aumento del tiempo de establecimiento.

De este modo, se puede llegar a la situación de llevar al sistema a lainestabilidad mediante un aumento excesivo de la ganancia del controlproporcional

CONTROL DE PROCESOS


Integral

La señal de salida del controlador es proporcional a la integral del error

dttedtteKtmt

i

t

i

00)(

1)()(

i = tiempo integral (unidades de tiempo)

Tomando las T.L. se obtiene la función de transferencia:

sse

smsB

i

1

)(

)()(

Ventaja: Bien sintonizado elimina el error en la señal de salida OFFSET.

Desventajas: Esta acción tiende a desestabilizar el sistema

i , la respuesta es oscilatoria, al i se elimina la oscilación pero la

amplitud de la respuesta.



CONTROL DE PROCESOS


El orden de la respuesta crece (por la acción integral)

• Se elimina el offset

• Al aumentar kp aumenta la velocidad de respuesta pero, a la vez, la hacemás oscilatoria

• Al disminuir ι manteniendo constante kp la respuesta se hace másoscilatoria con un mayor sobre impulso

CONTROL DE PROCESOS


Diferencial

La señal de salida del controlador es proporcional a la derivada del error

respecto al tiempo en el sistema.

dt

tdetm D

)()(

D = tiempo derivativo

D es el intervalo de tiempo durante el cual la acción de velocidad hace

avanzar el efecto de la acción proporcional.

La acción derivativa tiene la ventaja de ser de previsión, pero amplifica las

señales de ruido y hay que tener mucho cuidado con valores de D provoca

oscilaciones en la respuesta

F. T. controlador diferencial:

s

s

se

smsB

D

D

1

1

)(

)()(



CONTROL DE PROCESOS


• El control proporcional derivativo proporciona al sistema una mayorestabilidad relativa que se traduce en una respuesta transitoria con menorsobre impulso.

• Cuando la influencia del control es muy grande, el sistema de control tiende a

ofrecer una respuesta excesivamente lenta

CONTROL DE PROCESOS


Sintonización de un controlador . (Control por retroalimentación)

Características de un lazo de control

Para cualquier lazo de control se deben de cumplir los siguientes requisitos:

1. El lazo de control debe de ser estable. Alcanzar la consigna.

2. El lazo de control debe de minimizar el efecto de las perturbaciones .

3. Se deben de obtener respuestas rápidas y poco oscilantes ante los

cambios en el setpoint.

4. El offset debe de eliminarse.

5. Debe de evitarse una excesiva acción de cont rol. Esto significa que el

elemento final de control debe de mantener un valor estable cuando se

alcanza el valor de la consigna.

6. El sistema de control debe de ser robusto, es decir, insensible a los

cambios en las condiciones del proceso (variaciones de la consigna).



CONTROL DE PROCESOS


No es posible cumplir todos estos criterios a la vez, y se deben de priorizar los requisitos .

Normalmente se contraponen los siguientes criterios:

• Rendimiento: que el control alcance el punto de consigna de una forma rápida y nooscilatoria. (Control agresivo, altos valores de Kp y bajos de i).

• Robustez: que se pueda adaptar a cambios en el proceso. (Control conservador, bajos

valores de Kp y altos valores de i).

También se contraponen:

• Respuesta a las perturbaciones. Parámetros de control que permiten un buen control

ante las perturbaciones, producen muchas oscilaciones ante un cambio de consigna.

• Cambios de la consigna. Parámetros de control que permiten un buen control ante los

cambios de consigna, ralentizan el control ante las perturbaciones.

Sintonización de un controlador . (Control por retroalimentación)

CONTROL DE PROCESOS


Sintonización

Requisit os Previos

Buen conocimiento de las características del proceso

Elección correcta del controlador

Especificación de las condiciones finales (forma de la respuesta)

Las acciones de control se complementan, interaccionan, solapan y se

contradicen, por lo que la posición óptima de cada una no tiene por que ser la

del sistema.SINTONIZACIÓN

Rapidez, Estabil idad y minimización de error

Determinar: (BP ó Kp),

i,

D



CONTROL DE PROCESOS


Métodos de sintonización

Existen diferentes métodos para realizar la búsqueda de los parámetros

de control más adecuados.

1. Métodos teóricos

2. Tanteo

3. Zieger-Nichols (o de ganancia límite)

4. Acción – reacción (o de la curva de respuesta)

5. Otros

CONTROL DE PROCESOS


Pasos de Sintonía de Prueba y Error

Controlador en automático

Introduciremos perturbaciones en escalón en el punto de consigna

La sintonización se realiza de forma secuencial P PI PID

1. Sintonizar la acción proporcional Kp, anulando las acciones integral ( i = ∞) y

derivativa ( d = 0).

Aumentar la ganancia hasta conseguir la forma de la respuesta deseada sin tener

en cuenta el error estacionario. señal oscilatoria de modo que la relación de

amplitudes consecutivas sea ¼. (atenuación de un 25% de cada oscilación con

respecto a la anterior)

Esta Kop se cambia a Kop/2 para sintonizar el i (es desestabilizante)

2. Ajuste del tiempo integral i , hasta eliminar el error estacionario.

Se comienza con valores altos, disminuyendo su valor hasta obtener oscilación

simétrica alrededor del punto de consigna iop.

3. Ajuste del tiempo derivativo d

Comenzar con valores bajos e ir aumentando, hasta conseguir una respuesta

rápida pero suficientemente estable.



CONTROL DE PROCESOS


CONTROL DE PROCESOS


Pasos de Sintonía en los Métodos de Ziegler-Nichols

Este método estudia la respuesta de un sistema bajo un control

proporcional.

El método consiste en:

1. Eliminar las acciones integral y derivativa ( i = ∞ y d = 0) del sistema enlazo cerrado. (Controlador en Proporcional)

2. Modifica la ganancia del controlador hasta que se obtenga el menor valor

de esta que da oscilaciones de amplitud constante. Esta ganancia el la

ganancia última.

3. Evalúa el periodo de las oscilaciones constantes. Este es el periodo último

Pu.



CONTROL DE PROCESOS


TIPO Kp

I

D

P 0.5Ku - -

PI 0.45Ku Pu/1.2 -

PID 0.6Ku Pu/2 Pu/8

Ku ganancia crítica en % / % T periodo de oscilación

i y D en las mismas unidades que Pu.

4. Finalmente, se calculan los parámetros del controlador a partir de

esta ganancia y periodos últimos.

CONTROL DE PROCESOS


El sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) es una plataforma,con arquitectura distribuida, basada en comunicaciones digitales (interfase RS-485),utilizando un ordenador, en el que se implementa el paquete de software ADKIR.

Este software permite conocer, en todo momento y en tiempo real, el valor de todaslas variables de proceso, así como configurar todos los parámetros de los distintosdispositivos que controlan y automatizan la planta: puntos de consigna, límites dealarma, ......



CONTROL DE PROCESOS


BLOQUE

RESISTENCIA

CALEFACTORA TERMOPAR

TERMOPAR

EXTERNO

BLOQUE

RESISTENCIA

CALEFACTORA TERMOPAR

TERMOPAR

EXTERNO

CARTUCHO

TERMOPARRESISTENCIA

CALEFACTORA

CARTUCHO

TERMOPARRESISTENCIA

CALEFACTORA

SISTEMA EXPERIMENTALControlador de Temperatura

1

2

CONTROL DE PROCESOS


P=0

1

1

1 1 1 1 1

111 11

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

P=4 P=6 P=8 P=10

P=0 P=5 P=10 P=20P=40

SINTONIZACIÓN CON TERMOPAR INTERNO 1, P

BLOQUE

CARTUCHO

PERTURBACIÓN ESCALON 50ºC



CONTROL DE PROCESOS


1

1

1 1 1 1 1

111 11

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

P=10I=5

P=10I=30

P=10I=60

P=10I=60

D=3

P=10I=60D=5

P=20I=5

P=20I=15

P=20I=25

P=20I=15D=1

P=20I=15D=3

P=10I=60D=10

P=20I=15D=15

BLOQUE

CARTUCHO

SINTONIZACIÓN CON TERMOPAR INTERNO 1, I-D

CONTROL DE PROCESOS


¿POR QUÉ SE HAN ELEGIDO ESOS VALORES?

CARTUCHO BLOQUEPc Ic Dc Pc Ic Dc

20 15 1 10 60 2



CONTROL DE PROCESOS


SINTONIZACIÓN CON TERMOPAR EXTERNO 2,

ANALIZANDO ESTOS DATOS. SE REALIZARÁ LA SINTONIZACIÓN

DEL BLOQUE CON EL TERMOPAR EXTERNO (2) QUE SE

ENCUENTRA MÁS ALEJADO DE LA RESISTENCIA.

CONTROL DE PROCESOS


O.P.

CFIP CP

REAC.

SISTEMA EXPERIMENTALControlador de Presión



CONTROL DE PROCESOS


SINTONIZACIÓN. MÉTODO Ziegler-Nichols

Determinación de la última ganancia.

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

0 20 40 60 80 100 120

40

45

50

55

60

65

70

75

80P 80

P 50 P 40P 30

P 20P 15 P 5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

89 91 93 95 97 99 101 103 105 107

50

55

60

65

70

75

Seleccionar la BP que

provoque la máxima oscilación

con amplitud constante.

Determinar Ku y Tu

CONTROL DE PROCESOS


Perturbaciones en el sistema

Con los parámetros del controlador optimizados anteriormente, someter al

sistema a perturbaciones.

Estudiar sus efectos sobre la presión.



CONTROL DE PROCESOS


OBTENCIÓN DE PARÁMETROS DINÁMICOS Y SINTONIZACIÓN DE UNCONTROLADOR DE TEMPERATURA EN LABVIEW

CONTROL DE PROCESOS


seminario control

Documents