Serie 11. Sistemas de control más elaborados

Transcripción

1 Serie Sistemas de ontrol más elaborados

2 Sistemas de ontrol más elaborados Se utilizan uando los lazos de ontrol onvenionales no son sufiientemente apropiados, debido a difiultades omo proesos on grandes onstantes de tiempo, perturbaiones freuentes ingresando en diferentes puntos del proeso, variables que presentan variaiones y que pueden medirse pero no pueden ser ontroladas, relaiones que deben mantenerse entre variables no onetadas en forma direta. Es posible que en asos partiulares se presenten otros tipos de difiultades de las menionadas, o que ellas aparezan ombinadas. Los sistemas de ontrol más elaborados de mayor utilizaión son:.- ontrol de relaión.- ontrol en asada 3.- ontrol antiipatorio (feedforward)

3 ontrol de relaión ambién llamado asada en lazo abierto. Busa asegurar que dos ó más audales mantengan la misma relaión aún uando los mismos ambien. Es usado en apliaiones omo mezlas on una omposiión definida (neutralizaión de efluentes áidos, mezlas aire/gas) ó on propiedades físias espeifiadas. El audal ontrolado (FI-0) aumenta ó disminuye para mantener la relaión orreta on el audal libre. El audal libre (F-0) no es ontrolado por el lazo. El audal ontrolado es ontrolado por el lazo. El valor deseado para el ontrolador es igual al valor medido del audal libre multipliado por un valor definido en la estaión de relaión (-0). Ese valor puede ser fijo ó ajustado por el operador. audal libre alor deseado remoto audal mezlado audal ontrolado

4 ontrol de relaión r F-0 H -0 F-0 ÁL RO - F-0 H ( s) H H H : F-0 H : F-0 : -0 : FI-0 El ontrolador del lazo de audal ontrolado puede tomarse omo el ontrolador seundario en una asada on la mediión del audal libre y la estaión de relaión. Si se mide alguna propiedad físia del audal mezlado, puede errarse un lazo usando un ontrolador ID para manipular el valor de la relaión. or ejemplo, una mediión de la densidad, índie de otano, olor, et., podría usarse para errar una lazo de ontrol sobre la relaión.

5 ontrol de relaión La señal del analizador A-03 va al ontrolador AI-03. La salida de ese ontrolador es la relaión deseada. ara ajustar manualmente la relaión, se pone el ontrolador AI-03 en modo manual y se ajusta manualmente su salida. En este aso el sistema en asada es de tres niveles. El audal ontrolado, FI-0, es el ontrolador seundario. La relaión, -0, es el ontrolador primario del FI-0, pero el ontrolador seundario del AI-03, que es el ontrolador primario de nivel superior. audal libre alor deseado remoto A 03 audal mezlado audal ontrolado

6 ontrol en asada Es un sistema de ontrol más elaborado, donde la idea básia es realimentar variables intermedias entre el punto donde entra la perturbaión y la salida. El ontrol en asada se utiliza prinipalmente para eliminar el efeto de perturbaiones en la variable manipulada y mejorar las araterístias dinámias de lazos de ontrol en proesos ompuestos por subproesos. Básiamente el esquema de ontrol en asada involura un lazo de ontol (interno o seundario) dentro de otro (externo o primario). La estrutura del esquema muestra un ontrolador primario el lazo primario y un ontrolador seundario en el lazo seundario. El objetivo del lazo seundario es atenuar el efeto de la perturbaión antes de que llegue a afetar signifiativamente la variable de salida. ara que el sistema sea lo mas insensible posible a las perturbaiones, es neesario que el lazo seundario sea más rápido que el primario. Esto es, la suma de las onstantes de tiempo del lazo seundario debe ser menor que la suma de las onstantes de tiempo del lazo primario.

7 ontrol en asada H H H r - - H H H S H H H S

8 eloidad de respuesta ) ( s s s s s H s Analizando los elementos del lazo seundario, se tiene: Ejemplo: L L L > L < El sistema en asada responde más rápido que el lazo onvenional.

9 Apliaión típia apor ransmisor de audal álvula de ontrol ontrolador de audal (seundario) ontrolador de temperatura (primario) ransmisor de temperatura Fluido de proeso Interambiador de alor de tubos y amisa

10 ontrol feedforward Se usa uando las perturbaión que afeta al proeso puede medirse pero no ontrolarse. El objetivo es ompensar la perturbaión antes de que ésta llegue a afetar a la variable ontrolada. ara ello, apenas se produe la perturbaión, debe omenzarse a atuar sobre la variable manipulada de modo que el efeto de esta atuaión ompense el efeto de la perturbaión y la salida del sistema no sufra ambios. H 0 H H r

11 Diseño del ompensador. No puede implementarse si las perturbaiones no pueden medirse.. uando se pueden medir las perturbaiones, el esquema requiere un modelado perfeto para alanzar los objetivos. 3. Aún en el aso de poseer un modelado perfeto del proeso, el ontrolador feedforward involura en su onstruión a la inversa de, pudiendo presentar algunos problemas: a. Si ontiene un retardo puro, entones su inversa tendrá un término e αs, impliando que la implementaión de en tiempo real requerirá de una prediión, lo ual no resulta realizable on instrumentaión analógia. b. Si y poseen retardos, y el tiempo asoiado on la funión es menor que el de, entones ontendrá un término e γs donde γ>0, y nuevamente se llega al mismo inonveniente que en a. on estas dos últimas onsideraiones, el ontrolador era físiamente irrealizable, porque requería el onoimiento de los valores que r y u asumirán en el futuro. Esto es, por supuesto, imposible de predeir en forma exata. on los atuales sistemas basados en omputadoras es posible realizarlo. El ontrol feedforward provee un poderoso esquema de ontrol, espeialmente para el rehazo de perturbaiones. En iertos proesos, el modelado es imperfeto y/o la onstruión de es demasiado ompliada. Entones, se utiliza la unidad onoida omo adelanto-atraso (lead/lag), que provee un razonable desempeño omo ontrolador feedforward para asos senillos.

12 ompensador Lead / Lag on retardo e s Entones: αs e s s e s βs ( β α ) s H s e s Ψs El primer término representa la ganania del ompensador feedforward. El segundo término es el ompensador dinámio, onoido omo unidad de adelanto / atraso o lead / lag. El terer término se puede onsiderar omo un ompensador de retardo puro. Si α y β sean aproximadamente iguales, esta euaión se transforma en un lead/lag puro. Ajustando y las onstantes de tiempo, es posible obtener una aeptable aproximaión del ontrolador feedforward exato.

13 ompensador Lead / Lag s s Respuesta ante salto esalón unitario para : y( t) ( ) e t y(t),6.5,4,..5.,0 0, , ,4 0, 0. 0, t

14 ontrol feedforward omo la ompensaión nuna es perfeta, el ontrol feedforward siempre va aompañado por un ontrol feedbak. r

15 Apliaión típia ontrolador feedforward ransmisor de audal ontrolador de temperatura ransmisor de temperatura