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Nombre : Jonathan Salloni Docente : Herman Aroca Fecha : 11 de Mayo de 2015

Controlador PID

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Laboratorio de PID

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  • Nombre : Jonathan Salloni

    Docente : Herman Aroca

    Fecha : 11 de Mayo de 2015

  • Introduccin

    De acuerdo con la actividad solicitada, este presente informe tiene como fin llevar a cabo

    una sera de pruebas las cuales nos llevan a distintos resultados, todo esto con el fin de llegar al

    ms preciso o al necesitado en el proceso a implementar, este proceso es de llenar un estanque a

    travs de un controlador PID el cual controla una electrovlvula y excitado por una sensor de nivel,

    el proceso tiene como objetivo dar a conocer la incidencia de cada una de las variables del

    controlador PID estas variables son banda proporcional, tiempo integrativo y tiempo derivativo,

    todo esto se explica ms detalladamente aplicndolo en el laboratorio a realizado.

  • Marco terico

    Estructura del PID Consideremos un lazo de control de una entrada y una salida (SISO) de un grado de libertad:

    Figura 1. Diagrama de bloques

    Los miembros de la familia de controladores PID, incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores son los denominados P, I, PI, PD y PID.

    P: accin de control proporcional, da una salida del controlador que es proporcional al error, es decir: que descripta desde su funcin transferencia queda:

    Donde es una ganancia proporcional ajustable. Un controlador proporcional puede controlar

    cualquier planta estable, pero posee desempeo limitado y error en rgimen permanente (off-set).

    I: accin de control integral, da una salida del controlador que es proporcional al error acumulado, lo que implica que es un modo de controlar lento.

    La seal de control tiene un valor diferente de cero cuando la seal de error e es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error en rgimen permanente es cero.

    PI: accin de control proporcional-integral, se define mediante

    Donde T i se denomina tiempo integral y es quien ajusta la accin integral. La funcin de transferencia resulta:

    Con un control proporcional, es necesario que exista error para tener una accin de control distinta de cero. Con la accin integral, un error pequeo positivo siempre nos dar una accin de control creciente, y si fuera negativo la seal de control ser decreciente. Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en rgimen permanente ser siempre cero. Muchos controladores industriales tienen solo accin PI. Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dinmica es esencialmente de primer orden. Lo que puede demostrarse en forma sencilla, por ejemplo, mediante un ensayo al escaln.

  • PD: accin de control proporcional-derivativa, se define mediante:

    Donde Td es una constante de denominada tiempo derivativo. Esta accin tiene carcter de previsin, lo que hace ms rpida la accin de control, aunque tiene la desventaja importante que amplifica las seales de ruido y puede provocar saturacin en el actuador. La accin de control derivativa nunca se utiliza por s sola, debido a que solo es eficaz durante perodos transitorios. La funcin transferencia de un controlador PD resulta:

    Cuando una accin de control derivativa se agrega a un controlador proporcional, permite obtener un controlador de alta sensibilidad, es decir que responde a la velocidad del cambio del error y produce una correccin significativa antes de que la magnitud del error se vuelva demasiado grande. Aunque el control derivativo no afecta en forma directa al error de estado estacionario, aade amortiguamiento al sistema y, por tanto, permite un valor ms grande que la ganancia K, lo cual provoca una mejora en la precisin en estado estable.

    PID: accin de control proporcional-integral-derivativa, esta accin combinada rene las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuacin de un controlador con esta accin combinada se obtiene mediante:

    Su funcin transferencia resulta:

  • Modificacin de PID

  • Experiencia

    El primer paso es el conectar los instrumentos, el modo de conexin queda explicado en el

    siguiente diagrama de conexiones

    Ilustracin 1. Planta de procesos

  • La electrovlvula

    La electrovlvula es un dispositivos que responde a pulsos elctricos, todo gracias a la

    corriente que circula a travs del solenoide lo que hace que pueda abrir o cerrar la vlvula

    controlando el flujo de fluidos. Esta corriente ser extrada del controlador PID,

    entregando la corriente necesaria.

    Al circular corriente por solenoide genera un campo magntico que atrae el ncleo mvil y

    al finalizar el efecto del campo magntico, el ncleo vuelve a su posicin, en la mayora de

    los casos, por efecto de un resorte.

    Sensor de nivel o transmisor de presin

    El transmisor de presin tiene la funcin de convertir una presin de entrada en una

    salida del tipo elctrica, a continuacin se muestra una ilustracin de nuestra

    electrovlvula (ilustracin 3) adems de la conexin elctrica de nuestro transmisor se

    explica en la siguiente tabla (tabla 1).

    Tabla 1. Conexin de transmisor

    Ilustracin 2. Electrovlvula

  • Luego de conocer las conexiones de los instrumentos necesarios para realizar el control de

    procederemos a realizar los datos descritos anteriormente, estos pasos fueron modificados

    levemente al no contar con el tiempo adecuado para los ajustes manuales.

    Procedimiento

    Paso 1

    Ajustar los parmetros del controlador PID para poder ingresarlos manualmente,

    entramos a Func y le damos en Auto esto es para que el PID quede en modo lazo cerrado o

    manual, luego de accedemos al parmetro Yout y le damos en cont esto es para que quede en

    modo de regulacin continua. Luego entramos en Conf y elegimos inPt y le damos en 4-20 mA esto

    es para que el PID quede controlado por el sensor de nivel que trabaja entregando ese nivel de

    corriente y por ltimo ajustamos nuestro set-point o seal de referencia fue ajustada en 5 como se

    muestra en la ilustracin 4, lo que quiere decir que la electro vlvula cerrara al estar en ese valor.

    Ilustracin 3. Transmisor de presin

  • Paso 2

    Una vez ajustados los parmetros de seal de referencia y todos los ajustes necesarios

    para la calibracin manual, entramos al men del PID ingresando la clave 0123 y empezamos a

    ingresar valores al PID observando el comportamiento. Los primeros datos ingresados se muestran

    en la tabla, en donde tenemos un proceso muy inestable y lento.

    Tabla 2. Valores introducidos al PID

    Paso 3

    Ahora bajamos el valor de la banda proporcional y tiempo integrativo todo esto con el fin

    de reducir la inestabilidad del proceso y aumentar su velocidad, pero aun tenemos mucho

    inestabilidad, para reducirla ingresamos un tiempo integrativo, este tiempo se dice tericamente

    que debe ser un decimo de nuestro tiempo integrativo, este ajuste lo veremos en el siguiente

    paso

    Tabla 3. Valores introducidos al PID

    10 500 0

    3 30 0

  • Paso 4

    Ya introducido un valor de tiempo derivativo tenemos una estabilidad bastante ms

    aceptable, aumentando la velocidad del proceso, aun as el proceso no est completamente

    ajustado para esto aplicamos la funcin fuzzy logic de nuestro PID, esta funcin nos ajusta los

    tiempos y da un proceso ms exitoso y exacto.

    Tabla 4. Valores introducidos al PID

    Paso 5

    Por ltimo al aplicar la funcin fuzzy logic tenemos un proceso ms continuo, por tanto ms

    estable y veloz adems de eliminar los errores estacionarios que se puedan producir, el modo de

    introducir esta funcin queda expresada por catlogo.

    3 30 3

  • Las siguientes imgenes muestran los el proceso de aplicacin de fuzzy logic, esto elegido

    tomando en cuenta el catlogo mostrado anteriormente.

    Tabla 5. Valores introducidos al PID

    1 15 1

  • Paso 6

    En este ltimo paso usaremos la funcin del autotuning, al utilizar el autotuning tenemos un proceso en el cual no considera los valores anteriormente usados Td, Ti y Bp, esta funcin nos

    asegura funcionamiento pero no as una exactitud elevada como los pases seguidos anteriormente .

  • Conclusiones

    Al utilizar y trabajar con este controlador se lleva a cabo a varias conclusiones una de las

    ms importantes y relevantes es el anlisis de las variables de nuestro controlador PID, estas son

    tiempo derivativo, tiempo integrativo y ganancia proporcional, con esto podemos deducir que al

    aumentar la ganancia proporcional reducimos estabilidad y ganamos en velocidad, al disminuir el

    tiempo integrativo disminuye la estabilidad y aumenta la velocidad y no as con lo que pasa con el

    tiempo derivativo que al aumentarlo, aumentamos de igual forma la estabilidad y velocidad del

    proceso.