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7/15/2019 Lab #7 Controlador PID Con Labview http://slidepdf.com/reader/full/lab-7-controlador-pid-con-labview 1/8  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

Lab #7 Controlador PID Con Labview

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  • FACULTAD DE INGENIERA INGENIERA ELECTROMECNICA CURSO OBLIGATORIO DE SUPERVISIN Y CONTROL

    PRCTICA #7 LABVIEW APLICADO AL DISEO DE CONTROLADORES PID

    Objetivo General Orientar al estudiante en el anlisis y sntesis de controladores PID, aplicados al diso de sistemas de control Industrial, utilizando la herramienta LABVIEW con sus Toolkits Control Design y PID.

    Objetivos Instruccionales Al terminar la prctica propuesta, el estudiante estar 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 construccin, anlisis, diseo y simulacin de controladores PID en

    sistemas de control industrial tipo real.

    Entrenar al estudiante en el uso de los diagramas de bloque para anlisis y sntesis de los sistemas de control y controladores PID.

    Elementos Requeridos

    Software LabVIEW versin 2011, Licencia Departamental adquirida por el Departamento de E&E e instalado en los laboratorios Bsicos de Electricidad y Electrnica.

    Computador de altas prestaciones, Pentium IV Core i3 o superior, Memoria 2GB o mayor, con el software LabVIEW Instalado.

    Tarjeta de Adquisicin de Datos DAQ USB-6009 o USB-6210.

    Fundamento Terico

    El control automtico desempea un papel importante en los procesos de manufactura, industriales, navales, aeroespaciales, robtica, econmicos, biolgicos, etc.

    Como el control automtico va ligado a, prcticamente, todas las ingenieras (Elctrica, Electrnica, Mecnica, Electromecnica, Sistemas, Industrial, Qumica, 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 posicin real (servomotor DC), hallar el modelo matemtico del mismo por mtodos experimentales. Con la ayuda del software MATLAB hallar el Lugar de las Races del sistema, el cual le dar informacin importante sobre la dinmica del mismo. El conocimiento del funcionamiento del sistema junto con el anlisis de la funcin de transferencia de lazo abierto y del

  • Lugar de las Races darn las bases necesarias para seleccionar el controlador, el cual se implementar con la plataforma Labview.

    Para continuar con el tema es necesario definir ciertos trminos bsicos:

    1. Seal de salida: es la variable que se desea controlar (posicin, velocidad, presin, temperatura, etc.). Tambin se denomina variable controlada.

    2. Seal de referencia: es el valor que se desea que alcance la seal de salida. 3. Error: es la diferencia entre la seal de referencia y la seal de salida real. 4. Seal de control: es la seal que produce el controlador para modificar la variable controlada de tal

    forma que se disminuya, o elimine, el error. 5. Seal anloga: es una seal continua en el tiempo. 6. Seal digital: es una seal que solo toma valores de 1 y 0. El PC solo enva y/o recibe seales

    digitales. 7. Conversor anlogo/digital: es un dispositivo que convierte una seal analgica en una seal digital

    (1 y 0). 8. Conversor digital/anlogo: es un dispositivo que convierte una seal digital en una seal analgica

    (corriente o voltaje). 9. Planta: es el elemento fsico que se desea controlar. Planta puede ser: un motor, un horno, un sistema

    de disparo, un sistema de navegacin, un tanque de combustible, etc. 10. Proceso: operacin que conduce a un resultado determinado. 11. Sistema: consiste en un conjunto de elementos que actan coordinadamente para realizar un objetivo

    determinado. 12. Perturbacin: es una seal que tiende a afectar la salida del sistema, desvindola del valor deseado. 13. Sensor: es un dispositivo que convierte el valor de una magnitud fsica (presin, flujo, temperatura,

    etc.) en una seal elctrica codificada ya sea en forma analgica o digital. Tambin es llamado transductor. Los sensores, o transductores, analgicos envan, por lo regular, seales 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 est monitoreando la seal de salida para compararla con la seal de referencia y calcular la seal de error, la cual a su vez es aplicada al controlador para generar la seal de control y tratar de llevar la seal de salida al valor deseado. Tambin es llamado control realimentado.

    15. Sistema de control en lazo abierto: en estos sistemas de control la seal de salida no es monitoreada para generar una seal de control.

  • Desarrollo de la prctica Para el desarrollo del ejercicio propuesto, se presenta la siguiente gua que le permitir la construccin del proyecto paso a paso, siguiendo una metodologa abierta de autoformacin con nfasis en sus competencias bsicas; Interpretativa, Argumentativa y Propositiva.

    El grupo de trabajo debe crear la siguiente carpeta, donde guardar todo el diseo realizado; Mis Documentos >> SCADA >> Lab_07.

    1. Abra Labview dando click sobre el cono 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 men File >> New Project.

    3. En la pestaa 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 men desplegable que aparece en la parte inferior de la funcin seleccione PID Parallel >> Continuos. (Ver figura 2 )

    Figura 2. Configuracin de la funcin PID

    7. Dar click derecho en el terminal de entrada Kp de la funcin CD Construct PID Model.vi, del men desplegable que se abre seleccione Create Control.

    8. Dar click derecho en el terminal de entrada Ki de la funcin CD Construct PID Model.vi, del men desplegable que se abre, seleccione Create Control.

    9. Dar click derecho en el terminal de entrada Kd de la funcin CD Construct PID Model.vi, del men desplegable que se abre, seleccione Create Control.

    10. Dar click derecho en el terminal de entrada High Frequency Time Constant [s] (Tf) de la funcin CD Construct PID Model.vi, del men desplegable que se abre, seleccione Create Constant.

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

    Figura 3. Funcin 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 Men desplegable que aparece en la parte inferior de la funcin CD Series.vi, seleccione Transfer Function and Transfer Function.

    14. Conecte la salida Transfer Function Model de la funcin CD Construn PID Model,vi a la entrada Model 1 de la funcin 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 men desplegable que aparece en la parte inferior de la funcin CD Feedback.vi, seleccione Transfer Function and Transfer Function.

    17. Conecte la salida Series Model 1 de la funcin CD Series.vi al terminal de entrada Model 1 de la funcin 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. Funcin CD Step Response.vi

    19. Del men desplegable que aparece en la parte inferior de la funcin CD Step Response.vi, seleccionar Transfer Function. (Ver figura 4)

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

    21. Dar click derecho en la salida Step Response Graph de la funcin CD Step Response.vi, seleccione del men desplegable Create >> Indicator. (Ver figura 5)

    Figura 5. Adicin de un indicador a la salida de la funcin 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 funcin al diagrama de bloques.

    23. Del men desplegable que aparece en la parte inferior de la funcin CD Bode.vi, seleccionar Frequency Range >> Transfer Function.

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

    25. Dar click derecho en la salida Bode Magnitude de la funcin CD Bode.vi, del men 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 cdigo:

    %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 men desplegable seleccionar Create >> Control.

    30. Dar click derecho en el borde izquierdo del Nodo Math Script y seleccione Add Input, en el cuadro naranja que aparece coloque la letra Rm.

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

    32. Dar click derecho en el borde izquierdo del Nodo Math Script y seleccione Add Input, en el cuadro naranja que aparece coloque la letra J.

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

    34. En la figura 6, se muestra como debe quedar configurado en Nodo Math Script. All se indica el cdigo y las variables de entrada al Nodo.

    Figura 6. Diseo del Nodo Math Script, indicando los controles de entrada y cdigo

    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 configuracin de la salida sys del Nodo Math Script

  • 37. Conecte la salida sys del Nodo Math Script a la entrada Model 2 de la funcin 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 colquelo sobre el diagrama de bloques.

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

    funcin CD Draw Transfer Function Equation.vi.

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

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

    Figura 8. Configuracin de la salida plant con indicador de ecuacin.

    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 funcin creada, seleccionar Create >>

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

    Figura 9. Funcin 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 est 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. Disposicin final del proyecto PID

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

    Controlador, simule y discuta los resultados de nuevo.

    49. A travs de algn ejemplo reconocido (Tanques interconectados, Motor DC, Masa-Resorte-

    Amortiguador, etc.) desarrolle una aplicacin basado en la presente gua, analcela y evale

    sus resultados.

    Bibliografa KUO Benjamn, Sistemas de Control Automtico, Sptima Edicin. OGATA Katsuhiko, Ingeniera de Control Moderna, Tercera Edicin. NATIONAL INSTRUMENTS, LabVIEW Fundamentals, Agosto 2010. NATIONAL INSTRUMENTS, Getting Started with LabVIEW, Agosto 2010. NATIONAL INSTRUMENTS, Control Design Toolkit User Manual, Agosto 2010.