Control ON/OFF y PID
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1. Controlled war C Controlled var C Title Error signal Error signal C Title alue i Controller cut Controller out Titler rrows C Kp C Ep Cal Tr Tn Te Te Figura 4 8 Despliegue de las se ales 25 Puede cambiar el color y la forma de los trazos escogiendo Signals del men Chart 26 Con ello ha realizado todos los ajustes necesarios y puede iniciar la regulaci n Para ello activamos la opci n Start Controller del men Settings la respuesta de las variables individuales pueden observarse en la pantalla cierre el switch que coloc en el sistema t rmico en un punto determinado de la gr fica 27 Sin ning n an lisis exhaustivo puede notar que los par metros del regulador seleccionados no son los ptimos Es posible tratar de de mejorar la calidad del control cambiando los valores de los par metros del controlador Sin embargo un m todo m s sofisticado para establecer la calibraci n ptima se demostrar aqu 28 Abra el switch y deje que el sistema t rmico alcance de nuevo la temperatura ambiente luego elija del men View la opci n Line response Aparece la siguiente ventana g Control Digital Gu a 3 Y LUCAS N LLE PID Controller Untitled File Settings View Chart Evaluation Help olaja a ojojw f7 e 4 hs Figura 4 9 Respuesta de la planta 29 Seleccione del men Settings la opci n Start Measurement el registro de la respuesta de la planta aparecer cierre el switc2. Control Digital Gu a 3 1 Facultad Ingenier a Escuela Electr nica Asignatura Control Digital Lugar de ejecuci n Instrumentaci n y Control Edificio 3 2da planta Control ON OFF y PID Objetivos especificos e Crear un sistema de regulaci n con un control ON OFF o Todo y Nada Digital e Analizar el efecto de la hist resis en el control de un sistema de regulaci n e Crear un sistema de regulaci n con un control PID Digital e Encontrar la respuesta de lazo abierto de una planta e Calibrar el controlador basados en la respuesta a lazo abierto e Analizar el efecto de la regulaci n el control de un sistema de regulaci n Materiales y equipo e 1 Computadora con puerto serial o en su defecto un convertidor USB Serie y con los siguientes programas instalados Two Position Controller for the PC I V3 10 y PID Controller for the PC l V3 0 de Lucas N lle e 1 Fuente de alimentaci n 15 VCD 503538 8D e 1 Amplificador de potencia 0O3536 7Q e 1 Sistema controlado de temperatura SO3536 8T e 1 Interfaz de pc LM8912 e 5 Puentes e 1 Switch e 1 Cable serial de 9 pines plano macho hembra Introducci n Te rica ON OFF Digital El programa Two Position Controller for the PC I simula en combinaci n con la interfaz LN PC LM8912 llamada en lo sucesivo PC I un regulador de dos posiciones habi ndose previsto como campo de aplicaci n el rea de las regulaciones lent
3. representa un regulador de tipo universal soporta los componentes P y D como tambi n todas las posibles combinaciones de ellos La tarea de la regulaci n la lleva acabo la PC I y no la PC de modo que la respuesta del regulador no depende de la velocidad de la PC La ltima tiene la tarea de ajustar los par metros del controlador junto con la presentaci n gr fica de diferentes variables del regulador Se pueden analizar los siguientes puntos e Montaje elemental de un circuito cerrado de regulaci n en diagrama de bloques con especificaci n de las se ales conforme a la norma e Principio de funcionamiento y respuesta de regulaci n de varios tipos de regulador P l D y cualquier combinaci n de ellos Tiene la opci n de dos reguladores PID en cascada e Respuesta del regulador en funci n de la posici n del valor de referencia e Efectos de los par metros del regulador sobre la respuesta del regulador e Efectos de la zona muerta en la respuesta de la acci n de control e Limitaciones para el uso de tipos de regulador individuales e Determinaci n gr fica de los valores caracter sticos de una planta de regulaci n e Establecimiento de los par metros ptimos del regulador e Evaluaci n de la calidad del sistema de control Control Digital Gu a 3 3 Ambos programas tambi n puede funcionar sin el PC I En este caso el programa simula plantas elementales de modo que se puede trabajar con los programas a
4. elevado que no se pueda alcanzar en r gimen normal 15 Luego ponga en marcha el regulador cierre el switch en un momento determinado de la gr fica y un poco antes de alcanzar el valor temporal m ximo Interrumpa el proceso de regulaci n para evitar que se borre la pantalla 16 En base a la curva generada se pueden determinar gr ficamente los par metros de la planta Tu y To Parte Il Controlador PID 17 Abra el switch y deje que se enfrie el sistema ahora se probar el sistema con el controlador PID ejecute el programa PID Controller Inicialmente se muestra una ventana con un mensaje que indica que el programa del Regulador se est transfiriendo a la PC I seguido por el diagrama de bloques del sistema de regulaci n sino es as notifique a su docente de laboratorio 18 Ahora defina los par metros del Regulador Elija primero en el men Settings la opci n Controller Parameter y de all seleccione Controller Ver Figura 4 5 6 Control Digital Gu a 3 Controller PEI Control Input Options Controller 1 7 Eontraler2 mona A a ae kp fE kp Th ma 5000 ne i 00 Tw me f 00 Tee 00 Cancel Figura 4 5 Ajuste de los par metros para el PID 19 Active las opciones P e de modo que el Regulador funcione como un controlador Pl Coloque para la ganancia KP el valor de 6 y para el tiempo de acci n integral el valor de 5000 Estos son valores estimados para los par metros del regulador
5. Timing Chart del men View Desaparece con ello la representaci n del diagrama de bloques y en su lugar aparece un diagrama a n vac o para la magnitud regulada y para la hist resis Vuelva a iniciar la regulaci n y observe ahora la variaci n en el tiempo de la magnitud regulada 9 El resultado obtenido no es del todo satisfactorio ya que no se reconoce n tidamente la Control Digital Gu a 3 5 respuesta t pica del regulador Esto se puede cambiar f cilmente aumentando el rango de tiempo indicado Para ello finalice el proceso de regulaci n seleccione la opci n x Axis Scale en el men Chart y escriba en la caja de texto el valor 60 para el m ximo de tiempo y el valor 10 para la divisi n Ya que est en esta ventana aproveche para nombrar el eje x xis Scale 5 Minimum fo Masimum 60 Division fi D Title Tick Tiempo dz ne Figura 4 4 Ventana escala del eje X 10 A continuaci n vuelva iniciar la regulaci n Ahora obtendr un resultado que ilustra mucho mejor la respuesta de un regulador de dos posiciones 11 Variando el valor de referencia y la hist resis puede observar la influencia de estos par metros sobre la respuesta de regulaci n 12 Finalmente se va a registrar con la ayuda del programa la respuesta al escal n de la planta 13 Abra el switch que coloc en el sistema t rmico y deje que el sistema se enfr e 14 Luego basta con elegir un valor de referencia tan
6. as El programa no puede reemplazar un regulador industrial ni es se su prop sito la finalidad principal es la ilustraci n del funcionamiento de un regulador de dos posiciones y de ubicaci n en un circuito cerrado de 2 Control Digital Gu a 3 regulaci n La PC y no el PC I lleva a cabo la regulaci n Esto no representa desventajas en las regulaciones lentas si se observan algunos puntos Puesto que bajo Windows no es posible un multitarea aut ntico el regulador sigue funcionando no importando qu otras cosas las realice la PC se puede detener el regulador mediante determinadas acciones tales como desplazar o reducir las ventanas Dependiendo de la planta conectada esto puede producir efectos indeseados Se pueden analizar los siguientes puntos e Montaje elemental de un circuito cerrado de regulaci n en diagrama de bloques con especificaci n de las se ales conforme a la norma e Principio de funcionamiento y respuesta de regulaci n de un regulador de dos posiciones e Respuesta del regulador en funci n de la posici n del valor de referencia e Influencia de la hist resis del regulador sobre la respuesta del regulador e Limitaciones para el uso de un regulador de dos posiciones e Determinaci n gr fica de los valores caracter sticos de una planta de regulaci n PID Digital El programa PID Controller for the PC l en combinaci n con la interfaz LN PC LM8912 llamada en lo sucesivo PC I
7. de Zieglerg Nichols a lazo cerrado con este regulador PID digital Explique Investigaci n Complementaria e Puede un sistema continuo volverse inestable cuando se hace discreto y con un regulador de dos posiciones Cu l es la funci n de transferencia que debe implementarse para realizar un regulador PID en un sistema microprocesado Bibliograf a e INGENIER A DE CONTROL MODERNA Tercera Edici n Prentice Hall Katsuhiko Ogata Biblioteca UDB Clasificaci n Libro interno 629 8 O34 1998 e REGULADOR DE DOS PUNTOS PC l INSTRUCCIONES DE OPERACI N 3a Edici n Lucas N lle 1993 e REGULADOR PID INSTRUCIONES DE OPERACI N 2a Edici n Lucas N lle 1990 Control Digital Gu a 3 11 Gu a 3 Control ON OFF y PID Alumno Docente CONOCIMIENTO APLICACI N DEL CONOCIMIENTO ACTITUD TOTAL Hoja de cotejo 3 EVALUACION 25 Conocimiento deficiente de los fundamentos te ricos Reporte Incompleto del an lisis de resultados 40 Investigaci n complementaria 20 No tiene actitud proactiva y es desordenado 5 7 Conocimiento y explicaci n incompleta de los fundamentos te ricos Reporte parcialmente completo del an lisis de resultados proporcional a las partes realizadas Actitud propositiva y con propuestas no aplicables al contenido de la gu a Conocimiento completo y explicaci n clara de los fundamentos te ricos Reporte completo c
8. gee 100 C 20m C Relay Cancel Figura 4 2 Ventana de par metros de la PC 5 Seleccione tanto en Input como en Output la opci n B en los voltajes de salida del regulador est n preajustados los valores O 0 Voltios como m nimo ese es el estado OFF desconectado y 100 10 voltios para el m ximo estado ON conectado Es decir todos los ajustes est n tal como las necesidades d jelos tal como est n En esa misma ventana de clic en la pesta a Controller para fijar los par metros del regulador ajuste un valor de referencia del 70 y una hist resis de 5 Estos valores corresponden en nuestra planta a una temperatura de aproximadamente 35 C para el valor de referencia y 2 5 C para la hist resis El umbral superior de conmutaci n se encuentra por lo tanto en los 37 5 Cy el inferior en 32 5 C Presione OK Parameters Controller FC Options Husterezis pa 5 HE q Setpolnt li E fo zj a y l Cancel Figura 4 3 Ventana de par metros del controlador Con ello ha realizado todos los ajustes necesarios y puede iniciar la regulaci n Encienda el sistema y active la opci n Start Controller del men Settings Cierre el switch que coloc en el sistema t rmico y observe la variaci n en el tiempo del valor de regulaci n Salga de la regulaci n activando la opci n Start Controller del men Settings Aparece nuevamente el men principal Elija la opci n
9. h en un momento determinado de la gr fica 30 Para terminar la medici n en aproximadamente 160s presione F5 Arrastre la recta haciendo clic sin soltar sobre las esquinas de la misma y d jela tangente al punto de inflexi n de la gr fica de la respuesta de la planta tal como se muestra en la Figura 4 11 los valores correspondientes se presentan a la izquierda de la ventana 31 Aparentemente la planta tiene compensaci n y es de orden superior o cuadr tica con retraso el criterio de ajuste puede establecerse de ese modo de acuerdo con el m todo de Chien Hrones y Reswick para ello elija del men Evaluation la opci n Chien Hrones Reswick En la ventana aparecen los valores calculados de Kp y Tn Chien HronesRezswick Figura 4 10 Valores obtenidos con el m todo de Chien Hrones y Reswick Control Digital Gu a 3 9 YA LUCAS N LLE PID Controller Untitled Fie Settings Wiew Chat Evaluation Help D al aj o Diw Jr ho Si a aa a aaa aaa its ia an aa a ic Lera o a ee a A a a A a a a aa a a ds js a a a al PA A AS A UR NR EA NA A A A A A A A OS aa sn da a a a is a a al a AR A A A oo 1 ii ii ii ii ii ii Figura 4 11 Trazo de la recta tangente al punto de inflexi n 32 Para transferir los valores calculados al regulador se debe de pulsar el bot n Accept 33 Seleccione el men View y de all la opci n Timing Chart Aqu puede ser necesario que le coloque el doble de
10. luego veremos como optimizar la calibraci n del regulador 20 Coloque el valor para la entrada de referencia o consigna en la pesta a Control Input y en la caja de texto escriba el valor de 70 y pulse el bot n OK Parameters Controller PC Control Input Options Control Input E p Frezet C Channel Program i Channel A Program l Control input function Figura 4 6 Selecci n del valor de referencia 21 Se necesita la respuesta en el tiempo de la planta para su observaci n del men View seleccione la opci n Timing Chart 22 Finalmente las divisiones de los ejes del sistema de coordenadas ser n cambiadas Seleccione del men Chart la opci n x Axis Scale y en las cajas de texto coloque el m ximo del eje del tiempo en 60 y la divisi n a 10 y Pulse sobre el bot n OK Control Digital Gu a 3 7 H xis Scale Minimum fo Masimu 60 Divizion 10 Title Tick fi Es coca Figura 4 7 Ajuste de la escala X 23 Debe definir ahora lo que se presentar en el diagrama de tiempo En el men View active la opci n Display Signals 24 Seleccione en el controlador 1 la opci n Control Input y en View Title Title Arrows no cierre la ventana y ahora seleccione Controled variable y en View Title Value finalmente seleccione Controller out y en en View Title Value Luego pulse el bot n Close Controller 1 q r Controller 2 ie e pailap C Compa Ste
11. n sin disponer de un montaje experimental concreto Procedimiento Parte I Controlador ON OFF 1 Conecte la PC con la PC I por medio de un cable serial plano macho hembra 2 Para implementar el sistema con un PID digital deber conectar la salida anal gica B de la PC I con la entrada de la planta en nuestro caso desde la entrada del amplificador de potencia y la entrada anal gica B de la PC I con la salida de la planta en este caso la salida del transductor usamos la entrada B de la PC l ya que posee una resoluci n mayor que la entrada A las conexiones son como las mostradas en la Figura 4 1 Fuente de Amplificador de Sistema Switch 1 Alimentaci n 475 potencia T rmico Laa Fi z Ear e 4 E o a T mi Fi BITA a Ee ness MIME A E m E 1 IN oN Figura 4 1 Sistema t rmico con controlador ON OFF digital con interfaz PC I s Cable serial 9 pines plano 3 Encienda la PC I e Inicie el programa del regulador de dos posiciones Two Position Controller al cargar el programa deber indicar en la esquina inferior izquierda que est listo sino es as notifique a su docente de laboratorio 4 Para adaptar la PC l a nuestro montaje experimental elija primero en el men Settings la opci n Controller Parameter y de all seleccione PC T 4 Control Digital Gu a 3 Controller PE Options npt 5 Dt E Mins O CN S Bom IAE Ma
12. on el correcto an lisis de los resultados e investigaci n complementaria Tiene actitud proactiva y sus propuestas son concretas
13. tiempo al eje X y que habilite la casilla Controller runs continuous del men Options en Settings 34 Vuelva a iniciar la regulaci n puede presionar F5 35 Ahora cambie s bitamente la entrada de control para evaluar la respuesta de la planta para ello ubique el puntero del rat n sobre una flecha en la caja w de la barra de herramientas a la izquierda pulse sobre la entrada de referencia y har que cambie en pasos de 1 si se mantiene presionada la tecla ctrl y se pulsa el bot n de flecha los cambios son en pasos de 10 36 Se pueden cambiar los par metros del regulador para intentar optimizar a n m s la respuesta del controlador o para lograr una respuesta a requerimientos personales 37 Salga de los programas apague y desconecte el equipo An lisis de Resultados 1 Presente las gr ficas de regulaci n de su controlador ON OFF y PID 2 Qu relaci n puede encontrar entre el aumento de la hist resis y la amplitud y per odo de oscilaci n 3 Afecta el tiempo muerto a la amplitud y periodos de oscilaci n 4 Cu l es la calidad del regulador para un tiempo de 60 segundos con los par metros PI 10 Control Digital Gu a 3 colocados como al inicio con respecto a los calibrados con el m todo de Chien Hrones 8 Reswick 5 Es necesario cambiar alguna conexi n en el circuito para realizar un control ON OFF y luego uno PID Explique 6 Se podr a realizar el m todo de calibraci n
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