Control Avanzado con variables auxiliares

Transcripción

1 Control de Procesos Industriales 7. Control Avanzado: Control en cascada por Pascual Campoy Universidad Politécnica Madrid Control Avanzado con variables auxiliares 7. Control en cascada 8. Control anticipativo 10. Control selectivo Control de rango partido Control de una variable de salida con una variable manipulada, utilizando la medida de otras variables Control de varias variables de salida con una variable manipulada Control de una variable de salida mediante varias variables manipuladas U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 2 1

2 Control en cascada Objetivo Estructura Características Sintonización Ejemplo U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 3 Control en cascada: objetivo agua FC C ref gas F r G CM (s) G CS (s) Válvula e QIn U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 4 2

3 Estructura Concepto: controlar variables intermedias, corrigiendo el efecto de las perturbaciones que les afectan antes de que afecten a la salida Estructura: d(t) y r (t) G CM (s) G CS (s) G 1 (s) G 2 (s) y(t) U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 5 estructura Nomenclatura: y r (t) Controlador maestro G CM (s) Controlador esclavo G CS (s) G 1 (s) d(t) G 2 (s) y(t) lazo secundario o lazo interno lazo primario o lazo externo los controladores industriales suelen tener un mando para configurarlo como maestro o esclavo U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 6 3

4 Control en cascada: características Característica principal: corrige los efectos de las perturbaciones en el bucle interno (menos es eficaz para corregir los efectos de las perturbaciones en el bucle externo) Rango de validez: cuando la dinámica del lazo interno es mucho más rápida que la del lazo externo U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 7 Control en cascada: sintonización y r (t) G CM (s) G CS (s) G 1 (s) G 2 (s) y(t) 1º sintonizar el controlador interno partiendo del modelo de la parte del proceso dentro del lazo interno (normalmente de un PI) 2º sintonizar el controlador maestro partiendo del modelo que incluye el lazo interno de control (rápido y sin error por usar un PI) y la parte del proceso fuera del lazo interno U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 8 4

5 Ejemplo 7.1 En el siguiente sistema: a) Diseñar y calcular una estructura de control en cascada b) Comparar su comportamiento respecto a un C.R.B. ante cambios en en las perturbaciones y en la referencia e agua e 0.5s e 5s 15s gas 0.5 e 0.5s 11s 0.3e 10s 115s U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 9 ejemplo 7.1 Sintonización del bucle interno e r G CM(s) G CS(s) 0.5 e 0.5s 11s e 0.5s 0.3e 10s 115s e 5s 15s K p =0.5 t p = 1 t m = 0.5 tablas ZiegerNichols K C = 3,6 t I = 1.65 U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 10 5

6 ejemplo 7.1 Sintonización del bucle externo e r G CM(s) 1 3,6( s ) 0.5 e 0.5s 11s e 0.5s 0.3e 10s 115s e 5s 15s K p = 0.3 t m = 10.5 t p = 15 tablas ZiegerNichols K C = 5.71 t I = 21 t D = 5,25 U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 11 ejemplo 7.1 Control Regulatorio Básico e r G C (s) 0.5 e 0.5s 11s e 0.5s 0.3e 10s 115s e 5s 15s K p = 0.15 t m = 10.5 t p = 15 tablas ZiegerNichols K C = t I = 21 t D = 5,25 U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 12 6

7 ejemplo 7.1 Comparativa ante perturbación en el bucle interno ( ) U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 13 ejemplo 7.1 Comparativa ante perturbación en el bucle externo ( e ) U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 14 7

8 ejemplo 7.1 Comparativa ante cambio de referencia ( ref ) U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 15 Ejercicio 7.1 En el sistema de la figura, para el punto de equilibrio definido por A 1 =1, A 2 =7, F 10 =1, S 10 =0.2, S 20 =0.2, F p =1, F i =2, H 10 =1.275, H 20 =5.102, se obtiene las siguientes f.d.t.: a) Diseñar una estructura de control en cascada de la altura H 2 con el flujo F 1 (2,5 puntos) b) Calcular los controladores de la estructura anterior (2,5 puntos) c) Comparar los resultados de la estructura anterior respecto a un C.R.B. ante un incremento de F p al doble de su valor en equilibrio (comparar a evolución de H 2 y de F 1 ) (2,5 puntos) d) Comparar los resultados de la estructura en cascada respecto a un C.R.B. ante un incremento cambio en la referencia de la altura H 2ref que pasa a U.P.M.DISAM valer 6. (comparar P. Campoy a evolución Control de Hde Procesos Industriales 2 y de F 1 ) (2,5 puntos) 17 8

9 Ejemplo 7.2 Reactor con precalentamiento Planteamiento C A A AC C Ar F e C Ae e F FC F r C r P c e c F c C Ae c P c C Ar G C1 G C2 G C2 G1 G2 F i i G3 C A U.P.M.DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 20 9