sintonización p.i. dl2314

Facultad de Ingeniera

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NDICE

NDICE .......................................................................................................................................... 1

INTRODUCCIN .......................................................................................................................... 2

MTODOS Y MATERIALES UTILIZADOS .............................................................................. 3

METODOLOGA ....................................................................................................................... 3

MATERIALES .......................................................................................................................... 3

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES ................................................................................ 4

IDENTIFICACIN DEL MODELO MATEMTICO ............................................................... 4

DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DEL CONTROLADOR P.I. ........................ 11

PRUEBA DE CONTROL P.I. ................................................................................................. 13

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 18


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INTRODUCCIN

En el presente siglo, las industrias se van reinventado debido al progreso tecnolgico. El impacto generado por el ingreso de los Sistemas de Control se ha manifestado en la aparicin de Sistemas robticos, en procesos modernos de fabricacin, vehculos espaciales, etc. Donde el rol del Ingeniero es el de emplear las matemticas (Teora de Control) para hacer posible los progresos tecnolgicos como los mencionados.

La Empresa italiana De Lorenzo S.p.A. se encarga del diseo, desarrollo y produccin de equipos para la capacitacin tcnica y profesional en especialidades como Ingeniera Elctrica, Electrnica Bsica, Electrnica de Potencia, Electrnica Industrial, Telecomunicaciones, Neumtica, Hidrulica, Automatizacin, etc., y para el presente Informe, se trabaj con el sistema de control DL 2314.

El sistema de control de procesos DL 2314 est compuesto de: un panel didctico, con un depsito presurizado y un juego de sensores y actuadores de nivel, presin, temperatura y flujo, y de un mdulo de control, que contiene los circuitos de interface para los sensores y actuadores y circuitos de control ON/OFF, proporcional, integral y derivativo (PID).

En el presente trabajo el objetivo ser el de realizar la correcta Sintonizacin del Sistema de Control P.I.


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MTODOS Y MATERIALES UTILIZADOS

METODOLOGA La Metodologa con la cual se realizarn los Procedimientos ser en el

Descubrimiento Guiado.

MATERIALES Los Materiales empleados son:

Sistema de Control DL 2314

Multmetro Digital

Conjunto de Cables Conectores

Cronmetro

Gua

Las normas de trabajo para el Laboratorio exigen que los estudiantes cuenten con guardapolvo y guantes dielctricos.


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PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

Los Procedimientos a seguir estn basados en la Prueba TA04 del Tema: Sintonizacin de un Controlador P.I., para la Planta de Control de Nivel de Agua del Laboratorio, en el que se expresa lo siguiente:

Se requiere sintonizar los parmetros del controlador PI del mdulo de control de nivel del laboratorio I207, para lo se necesita identificar el modelo matemtico, sintonizar los parmetros del controlador PI y probar el controlador en la planta real. Para lo cual seguir los siguientes procedimientos:

IDENTIFICACIN DEL MODELO MATEMTICO Se utilizar la respuesta al escaln para identificar el modelo matemtico de la planta. Seguir el siguiente procedimiento en la planta del laboratorio I207.

1. Calibrar el sensor de nivel: 6 cm de nivel = 0 voltios; incremento de 2 centmetro = incremento de 2 voltio.

Ilustracin 1 Configuracin del Panel del Sistema

2. Cerrar el desfogue de agua del tanque.

Ilustracin 2 Control del Nivel de Agua en el Tanque


5

3. Llenar el tanque hasta 6 cm o 0 voltios, conectando la bomba al potencimetro SetPoint1.

Ilustracin 3 Nivel de Agua a 6 cm en el Tanque

4. Desconectar la bomba del potencimetro SetPoint1.

Ilustracin 4 Tanque de Agua


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5. Regular el voltaje del SetPoint1 a 2 voltios.

Ilustracin 5 Regulando el SetPoint a 2 volts en el Panel

6. Conectar la vlvula solenoide en ON.

Ilustracin 6 Solenoide en ON


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7. Conectar el controlador proporcional, regular la ganancia proporcional a 25%; Kp=25%. Esta ganancia es un porcentaje del valor mximo de la ganancia de mdulo; este valor mximo es 10. Es decir el valor real de la ganancia Kp=25% es Kp=2.5.

Ilustracin 7 Panel de Configuracin con los cambios realizados

8. Conectar el multmetro a la salida del sensor de nivel (conexin 13).

Ilustracin 8 Conexin del multmetro a la salida del Sensor de Nivel


8

Ilustracin 9 Configuracin del Panel (hasta los cambios realizados)

9. Encender el equipo y medir el valor del voltaje (sensor de nivel) cada 5 segundos por tres minutos.

Ilustracin 10 Encendido del Sistema


9

10. Graficar el resultado y calcular el valor de Tr (constante de tiempo de la planta en lazo cerrado) y Vfr (valor final de la planta en lazo cerrado) de la siguiente forma.

Tabla N 01 Datos de la Medicin Voltaje 0.06 0.36 0.52 0.65 0.78 0.83 0.84 0.92 0.94 0.98 0.99 0.97 0.95 0.95 0.94 0.94 0.93 0.92 0.93 0.94 0.92 0.92 0.91 0.91

Segundo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115

Grfico N 01 Representacin de Voltaje vs. Tiempo

En el grfico se puede observar la curva que genera el Sistema de Control, tambin se puede ver que la curva tiende hacia el valor final () 0.91 V. Y que al trazar la recta tangente a la curva en el punto de inflexin, la interseccin de sta recta (color negro) con la del valor final (recta de color verde entrecortada), se da en el tiempo de 15 s.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

VOLT

AJE

(VO

LTS)

TIEMPO (SEGUNDOS)

Voltaje vs. Tiempo

Vf

Voltaje


10

Una vez identificado el modelo en lazo cerrado se deben calcular los parmetros de la planta en lazo abierto de la siguiente forma, sea la planta en lazo cerrado:

Ilustracin 11 Sistema en Lazo Cerrado del Sistema de Control

En MatLAB:

Ilustracin 12 Diagrama de Bloques del Sistema en MatLAB (Simulink)

La respuesta del sistema se comporta de la siguiente manera:

Ilustracin 13 Curva generada en el Scope

Y haciendo uso de la consola y de Step:

Ilustracin 14 Curva generada con Step


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Se pide calcular y segn las frmulas derivadas del Sistema, 1+

=

y =

1+ . Donde utilizando los valores hallados en la grfica 01, se tiene que =0.91 y = 15 , adems de utilizar = 2.5. Se tiene que = 0.4 y = 30 .

DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DEL CONTROLADOR P.I. Sea el controlador P.I.: () = 1 + 1. Hallar el mejor valor para utilizando el mtodo del lugar geomtrico de las races considerando = 25. Siendo la Funcin de Transferencia de la Planta:

+1.

Se debe establecer la Ecuacin Caracterstica: 1 + 1 + 1 0.430+1, del cual queda de la siguiente forma: 1 + 0.4 + 0.4302 + + 0 Luego en MatLab en la consola, se realizan las siguientes operaciones:

Ilustracin 15 Definicin de variables y funciones en MatLAB

Y se obtiene la curva:

Ilustracin 16 Curvatura generada con RLOCUS


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En la grfica anterior se puede observar el punto en que la ganancia () es la ms ptima con el valor 5.95. Modelo del sistema e incorporando el nuevo valor de :

Modelo del Sistema

Y analizando la respuesta:

La diferencia con la curvatura inicial es que el incremento en la ganancia proporcional a el valor de 5.95 ha generado un amortiguamiento en el tiempo de 20 , adems se sabe que el incremento en la ganancia proporcional reduce el error, el sobre impulso, y aumenta el tiempo de establecimiento ().


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PRUEBA DE CONTROL P.I. Seguir el siguiente procedimiento en la planta del laboratorio I207:

1. Calibrar el sensor de nivel: 6 cm de nivel = 0 voltios; incremento de 2 centmetro = incremento de 2 voltios.

Ilustracin 17 Regulacin del Nivel de Agua en el Tanque

2. Cerrar el desfogue de agua del tanque. 3. Llenar el tanque hasta 6 cm o 0 voltios, conectando la bomba al

potencimetro SetPoint1.

Ilustracin 18 Conexin del SetPoint


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4. Desconectar la bomba del potencimetro SetPoint1.

Ilustracin 19 Panel de Configuracin

5. Regular el voltaje del SetPoint1 a 2 voltios. 6. Conectar la vlvula solenoide en ON. 7. Conectar el controlador proporcional integral, regular las ganancias de la

siguiente manera:


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Ilustracin 20 Conexin del Controlador PI

Regular la ganancia proporcional al valor Kp calculado en la segunda parte del trabajo, considerando que en la perilla se tiene un porcentaje del valor mximo que es 10. Por ejemplo, si Kp=5.95, entonces el porcentaje sera Kp=5.95/10*100%=59.5 %.

Ilustracin 21 Regulacin del P

Regular la ganancia integral de la siguiente forma: calcular Ti/Kp donde Ti es el valor utilizado en la segunda parte del trabajo y Kp es el valor calculado en la segunda parte del trabajo. Regular la perilla con este valor considerando que en la perilla se tiene un porcentaje del valor mximo que es 100. Por


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ejemplo, si Ti/Kp = 4.20, entonces el porcentaje sera: Ti/Kp=4.2/100*100%=4.2 %. El valor mnimo de la perilla es 6%, utilizar este valor mnimo en caso el resultado sea menor o igual a 6%.

Ilustracin 22 Regulacin

8. Conectar el multmetro a la salida del sensor de nivel (conexin 13). 9. Encender el equipo y medir el valor del voltaje (sensor de nivel) cada 5

segundos.

Ilustracin 23 Encendido y funcionamiento del sistema


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10. Graficar el resultado.

Tabla N 02 Mediciones Voltaje 0.98 1.7 1.91 1.93 1.97 1.96 1.94 1.94 1.95 1.95 1.95 1.93 1.93 1.94 1.95 1.95 1.95 1.95 1.95 Tiempo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

GRFICO N 02 Representacin del Voltaje vs. Tiempo

En el grfico se puede observar la curva que genera el Sistema de Control, El incremento en el valor proporcional de la ganancia ha generado un menor tiempo de establecimiento (ahora entre 5 y 10 segundos), as como una reduccin del sobre impulso y del error.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

VOLT

AJE

(VO

LTS)

TIEMPO

Voltaje


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CONCLUSIONES

Del trabajo realizado con el Sistema de Control DL 2314, y lo correspondiente a la Sintonizacin de Sistemas de Control P.I.D., se concluye que:

Se pudo evidencia a travs del trabajo con el Sistema de Control DL 2314, el impacto de la ganancia proporcional, que ste disminuye el error, tiempo e establecimiento.

Un menor valor en la ganancia proporcional tiene un mayor tiempo de establecimiento, que se pudo evidenciar en el llenado del tanque y el nivel de agua.

El clculo correcto (el ms ptimo) de las ganancias (P.I.D.) nos ayudan a obtener resultados deseados en el comportamiento del Sistema de Control.

NDICEINTRODUCCINMTODOS Y MATERIALES UTILIZADOSMETODOLOGAMATERIALES

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALESIDENTIFICACIN DEL MODELO MATEMTICODETERMINACIN DE LOS PARMETROS DEL CONTROLADOR P.I.PRUEBA DE CONTROL P.I.

CONCLUSIONES

sintonización p.i. dl2314

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