Lab #7 Controlador PID Con Labview

7/15/2019 Lab #7 Controlador PID Con Labview

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FACULTAD DE INGENIERÍA – INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

CURSO OBLIGATORIO DE SUPERVISIÓN Y CONTROL

PRÁCTICA #7 LABVIEW APLICADO AL DISEÑO DE CONTROLADORES PID

Objetivo General

Orientar al estudiante en el análisis y síntesis de controladores PID, aplicados al disño de sistemas de

control Industrial, utilizando la herramienta LABVIEW con sus Toolkits Control Design y PID.

Objetivos Instruccionales

Al terminar la práctica propuesta, el estudiante estará en capacidad de:• Aplicar apropiadamente los toolkits de Control Design, CD Construct PID Model.vi y PID.

• Analizar sistemas de control industrial (Plantas Industriales). Desarrollando los Vis de las mismas.

• Emplear LabVIEW para la construcción, análisis, diseño y simulación de controladores PID en

sistemas de control industrial tipo real.

• Entrenar al estudiante en el uso de los diagramas de bloque para análisis y síntesis de los sistemas

de control y controladores PID.

Elementos Requeridos• Software LabVIEW versión 2011, Licencia Departamental adquirida por el Departamento de E&E

e instalado en los laboratorios Básicos de Electricidad y Electrónica.

• Computador de altas prestaciones, Pentium IV Core i3 o superior, Memoria 2GB o mayor, con el

software LabVIEW Instalado.

• Tarjeta de Adquisición de Datos DAQ USB-6009 o USB-6210.

Fundamento Teórico

El control automático desempeña un papel importante en los procesos de manufactura, industriales,

navales, aeroespaciales, robótica, económicos, biológicos, etc.

Como el control automático va ligado a, prácticamente, todas las ingenierías (Eléctrica, Electrónica,

Mecánica, Electromecánica, Sistemas, Industrial, Química, etc.), este documento ha sido desarrollado sin

preferencia hacia alguna disciplina determinada, de tal manera que permita al lector construir un

controlador PID utilizando herramientas computacionales como Labview y/o Matlab.

El estudiante, a partir de un servosistema de posición real (servomotor DC), hallará el modelo matemático

del mismo por métodos experimentales. Con la ayuda del software MATLAB hallará el Lugar de las

Raíces del sistema, el cual le dará información importante sobre la dinámica del mismo. El conocimiento

del funcionamiento del sistema junto con el análisis de la función de transferencia de lazo abierto y del



Lugar de las Raíces darán las bases necesarias para seleccionar el controlador, el cual se implementará con

la plataforma Labview.

Para continuar con el tema es necesario definir ciertos términos básicos:

1. Señal de salida: es la variable que se desea controlar (posición, velocidad, presión, temperatura, etc.).

También se denomina variable controlada.

2. Señal de referencia: es el valor que se desea que alcance la señal de salida.

3. Error: es la diferencia entre la señal de referencia y la señal de salida real.

4. Señal de control: es la señal que produce el controlador para modificar la variable controlada de tal

forma que se disminuya, o elimine, el error.

5. Señal análoga: es una señal continua en el tiempo.

6. Señal digital: es una señal que solo toma valores de 1 y 0. El PC solo envía y/o recibe señales

digitales.

7. Conversor análogo/digital: es un dispositivo que convierte una señal analógica en una señal digital

(1 y 0).

8. Conversor digital/análogo: es un dispositivo que convierte una señal digital en una señal analógica

(corriente o voltaje).

9. Planta: es el elemento físico que se desea controlar. Planta puede ser: un motor, un horno, un sistema

de disparo, un sistema de navegación, un tanque de combustible, etc.

10. Proceso: operación que conduce a un resultado determinado.

11. Sistema: consiste en un conjunto de elementos que actúan coordinadamente para realizar un objetivo

determinado.

12. Perturbación: es una señal que tiende a afectar la salida del sistema, desviándola del valor deseado.

13. Sensor: es un dispositivo que convierte el valor de una magnitud física (presión, flujo, temperatura,

etc.) en una señal eléctrica codificada ya sea en forma analógica o digital. También es llamado

transductor. Los sensores, o transductores, analógicos envían, por lo regular, señales normalizadas de

0 a 5 voltios, 0 a 10 voltios o 4 a 20 mA.

14. Sistema de control en Lazo Cerrado: es aquel en el cual continuamente se está monitoreando la

señal de salida para compararla con la señal de referencia y calcular la señal de error, la cual a su vez

es aplicada al controlador para generar la señal de control y tratar de llevar la señal de salida al valor

deseado. También es llamado control realimentado.

15. Sistema de control en lazo abierto: en estos sistemas de control la señal de salida no es monitoreada

para generar una señal de control.



Desarrollo de la práctica

Para el desarrollo del ejercicio propuesto, se presenta la siguiente guía que le permitirá la construcción del

proyecto paso a paso, siguiendo una metodología abierta de autoformación con énfasis en sus

competencias básicas; Interpretativa, Argumentativa y Propositiva.

El grupo de trabajo debe crear la siguiente carpeta, donde guardará todo el diseño realizado; Mis

Documentos >> SCADA >> Lab_07 .

1. Abra Labview dando click sobre el ícono del escritorio o en Todos los programas >> National

Instrument >> Labview 2011 >> Labview.

2. Iniciar un nuevo proyecto, esto se consigue dando click en Empty Project de la ventana Getting

Started o abriendo el menú File >> New Project.

3. En la pestaña My Computer dar click derecho y seleccionar New >> VI , guarde el VI con el nombre

de servo_pid.vi y el proyecto como instrument_06.lvproj, para ello vaya a File >> Save All , nombre

cada elemento de acuerdo al orden que se presenta.

4. Dar click derecho sobre el diagrama de bloques y en la paleta de Functions seleccionar lo siguiente:

Programming >>Structures >>While Loop.

5. Nuevamente dar click derecho sobre el diagrama de bloques, en la paleta Functions seleccionar ahora:

Control Design & Simulation >> Control Design >> Model Construction >> CD Construct PID Model.vi. Anclar al diagrama de bloques. (Ver figura 1)

Figura 1. Ruta completa para el toolkit CD Construct PID Model.vi



6. Sobre el menú desplegable que aparece en la parte inferior de la función seleccione PID Parallel >>

Continuos. (Ver figura 2 )

Figura 2. Configuración de la función PID

7. Dar click derecho en el terminal de entrada Kp de la función CD Construct PID Model.vi, del menú

desplegable que se abre seleccione Create Control .

8. Dar click derecho en el terminal de entrada Ki de la función CD Construct PID Model.vi, del menú

desplegable que se abre, seleccione Create Control .

9. Dar click derecho en el terminal de entrada Kd de la función CD Construct PID Model.vi, del menú

desplegable que se abre, seleccione Create Control .

10. Dar click derecho en el terminal de entrada High Frequency Time Constant [s] (Tf) de la función CD

Construct PID Model.vi, del menú desplegable que se abre, seleccione Create Constant.

11. Finalmente el modelo quedará configurado como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Función PID con las entradas declaradas como controles

12. Dar click derecho sobre el diagrama de bloques, en la paleta Functions seleccionar Control Design &

Simulations >> Control Design >> Model Interconection >> CD Series.vi.

13. Del Menú desplegable que aparece en la parte inferior de la función CD Series.vi, seleccione Transfer

Function and Transfer Function.

14. Conecte la salida Transfer Function Model de la función CD Construn PID Model,vi a la entrada

Model 1 de la función CD Series.vi.

15. De la paleta de funciones seleccione Control Design & Simulation >> Control Design >> Model

Interconection >> CD Feedback.vi. Anclar al diagrama de bloques.

16. Del menú desplegable que aparece en la parte inferior de la función CD Feedback.vi, seleccione

Transfer Function and Transfer Function.

17. Conecte la salida Series Model 1 de la función CD Series.vi al terminal de entrada Model 1 de la

función CD Feedback.vi.



18. De la paleta de funciones seleccionar Control Design & Simulation >> Control Design >> Time

Response >> CD Step Response.vi. Anclar al diagrama de bloques. (Ver figura 4)

Figura 4. Función CD Step Response.vi

19. Del menú desplegable que aparece en la parte inferior de la función CD Step Response.vi, seleccionar

Transfer Function. (Ver figura 4)

20. Conecte la salida Close Loop Model de la función CD Feedback.vi a la entrada Transfer Function

Model de la función CD Step Response.vi.

21. Dar click derecho en la salida Step Response Graph de la función CD Step Response.vi, seleccione

del menú desplegable Create >> Indicator. (Ver figura 5)

Figura 5. Adición de un indicador a la salida de la función CD Step Response.vi

22. Dar click derecho en el diagrama de bloques, en la paleta Functions, seleccionar Control Design &

Simulation >> Control Design >> Frequency Response >> CD Bode.vi . Anclar la función al

diagrama de bloques.

23. Del menú desplegable que aparece en la parte inferior de la función CD Bode.vi, seleccionar

Frequency Range >> Transfer Function.

24. Conecte la salida Close Loop Model de la función CD Feedback.vi a la entrada Transfer Function

Model de la función CD Bode.vi.

25. Dar click derecho en la salida Bode Magnitude de la función CD Bode.vi, del menú desplegable

seleccione Create >> Indicator.

26. Coloque un nodo Math Script en el diagrama de bloques.

27. Dentro del nodo Math Script creado, escriba el siguiente código:

%Motor Plant

num = [K];

den = [J*Rm K^2];

plant = tf(num, den);%integrador (position)

integrador = tf([1], [1 0]);

%place plant and integrator in series

sys = series(plant, integrator)



28. Dar click derecho en el borde izquierdo del Nodo Math Script y seleccione Add Input, en el cuadro

naranja que aparece coloque la letra K .

29. Dar click derecho sobre la entrada de la variable K , del menú desplegable seleccionar Create >>

Control .


naranja que aparece coloque la letra Rm.

31. Dar click derecho sobre la entrada de la variable Rm, del menú desplegable seleccionar Create >>

Control .


naranja que aparece coloque la letra J .

33. Dar click derecho sobre la entrada de la variable J , del menú desplegable seleccionar Create >>

Control .

34. En la figura 6, se muestra como debe quedar configurado en Nodo Math Script. Allí se indica el

código y las variables de entrada al Nodo.

Figura 6. Diseño del Nodo Math Script, indicando los controles de entrada y código

35. Ahora dar click derecho en el borde derecho del Nodo Math Script y seleccionar Add

Output . En el recuadro naranja que aparece coloque la palabra sys.

36. Dar click derecho sobre la salida de la variable sys del Nodo Math Script , seleccione Choose

Data Type >> Add-ons >> TF Object . Este detalle se muestra en la figura 7.

Figura 7. Detalle de configuración de la salida sys del Nodo Math Script



37. Conecte la salida sys del Nodo Math Script a la entrada Model 2 de la función CD Series.vi .

38. Dar click derecho en el borde derecho del Nodo Math Scrip y seleccionar Add Output . En el

recuadro naranja que aparece coloque la palabra plant .

39. Dar click derecho sobre el terminal de salida plant del Nodo MAth Script , seleccione Choose

Data Type >> Add-ons >> TF Object .

40. Dar click derecho sobre el diagrama de bloques, en la paleta Functions, seleccionar Control

Design & Simulation >> Control Design >> Model Construction >> CD Draw Transfer

Function Equation.vi y colóquelo sobre el diagrama de bloques.

41. Conecte la salida plant del Nodo Math Script a la entrada Transfer Function Model de la

función CD Draw Transfer Function Equation.vi .

42. Ahora, dar click derecho sobre la salida Equation de la función CD Draw Transfer Function

Equation.vi , del menú desplegable seleccionar Create >> Indicator . (Ver figura 8)

Figura 8. Configuración de la salida plant con indicador de ecuación.

43. Dar click derecho sobre el diagrama de bloques, en la paleta Functions seleccionar

Programming >> Timing >> Wait Until Next ms Multiple.vi .

44. Dar click derecho en el terminal de entrada de la función creada, seleccionar Create >>

Constant , asígnele un valor de 100. (Ver figura 9)

Figura 9. Función Wait Until Next ms Multiple.vi con una base de tiempo de 100 ms.

45. Cree un control de Stop para conectarlo a la estructura While Loop, si no está creado.

46. Guarde los cambios y corra el VI.

47. Organice el Panel Frontal y el Diagrama de Bloques como se muestra en la figura 10.



Figura 10. Disposición final del proyecto PID

48. Discuta los resultados y saque sus conclusiones. Cambie los parámetros de la Planta y el

Controlador, simule y discuta los resultados de nuevo.

49. A través de algún ejemplo reconocido (Tanques interconectados, Motor DC, Masa-Resorte-

Amortiguador, etc.) desarrolle una aplicación basado en la presente guía, analícela y evalúe

sus resultados.

Bibliografía

KUO Benjamín, Sistemas de Control Automático, Séptima Edición.

OGATA Katsuhiko, Ingeniería de Control Moderna, Tercera Edición.

NATIONAL INSTRUMENTS, LabVIEW Fundamentals, Agosto 2010.

NATIONAL INSTRUMENTS, Getting Started with LabVIEW, Agosto 2010.

NATIONAL INSTRUMENTS, Control Design Toolkit User Manual, Agosto 2010.

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