SIMULACIÓN MULTIDISCIPLINAR DE SISTEMAS DE CONTROL CON ECOSIMPRO

Transcripción

1 SIMULACIÓN MULTIDISCIPLINAR DE SISTEMAS DE CONTROL CON ECOSIMPRO JOSÉ LUIS LOZANO HORTIGÜELA Dartamnto Ingniría Sitma y Automátia. Eula Politénia Surior Algira. Aa Ramón Pujol /n. Algira. Uniria Cáiz jolui.lozano@ua. FRANCISCO MESA VARELA Dartamnto Ingniría Ingniría Elétria. Faulta Cinia.Uniria Cáiz ranio.ma@ua. En t trabajo rnta EoimPro, n u ato má aaémio, un ntorno Simulaión Sitma. Su gran aortaión ri n la oibilia tratar imultánamnt matra tan irnt omo la Eltrónia, la Mánia, Mánia Fluio, la Ingniría Térmia, o l tuio la inámia la raion Químia, t. Toa ta unt ha onluir miant un Lnguaj roio Simulaión, qu rmit la raión librría omonnt y roan n un otnt motor roluión uaion irnial, algbraia y nto irto. En t ntio, ha una riión muy omra la ontruión lo molo y librría y rnta aria aliaion. 1 Introuión Lo roo aluaión la alia lo qu artiian la Uniria y la Inutria ha qu tinan a aroximar n lo ontnio la matria uro urior, n lo qu rir unamntalmnt a la matria on má ontnio tnológio, a lo roo qu l alumno n una taa otrior a a nontrar n la Inutria. En lo qu lo qu rir al ontrol automátio, b ionr n l laboratorio hrraminta rogramaión qu rmitan aborar tanto lo roblma láio rgulaión, omo otro nil omljia mayor, ual u r la oibl inluión rutina otimizaión, o roo unial o híbrio. La utilizaión ta hrraminta ha qu ongan a unto una onjunto ténia qu ailita la toma iion, uano alian a lo roo ral. Iniamo omo jmlo la intonía lo lazo iml y n aaa l nil báio ontrol. Hay qu tnr n unta qu l onoiminto tal omortaminto ha naria una a muy imortant qu nomina molao itma. Eta ténia n la atualia lo ntorno molao y imulaión no on muy utilizao n muha ábria tanto omo ría abl. Una razón oibl no tá n la hrraminta imulaión n í, ino n l roio molao l roo. En to. Por lo gnral, nontrar l molo matmátio un itma íio omljo no tara áil. Si quir tnr un bun molo l roo, nton ha inrtir n ialita. Eto uon aumntar ot onómio y tmoral. En ao ontrario ab nar qu n ta a un omtr rror n l molo. Suraa ta a, on irta iiulta o no, ha alta nontrar un ntorno roluión numéria robuta, aaz aborar on olnia roblma iro tio, tal omo un r la roluión itma tio Sti, t. S rquir n ta ao un bun onoiminto inormátio lnguaj otnt alto nil. [5]. Aunqu xitn rograma imulaión on lnguaj iao a una iilina qu ngloban lo último araigma n rogramaión y ruln roblma n u ámbito (Pi, Pro, Any, rquirn ara n un roblma multiiilinar (aaémio o inutrial) hrraminta má abirta y gnral. EoimPro inorora librría molo omonnt, ralizaa or xrto n Molao Sitma, amitino rutilizaión ubmolo ara irnt aliaion, haino n lo qu rir xluiamnt al roblma molao, lo rlatio al roblma íio objto tuio. También n lo rrio al roblma inormatio, l uuario arga n ba a gnraor automátio óigo y olr otnt uo rutina numéria otnt, ajna al uuario.[1]

2 2 Caratrítia íia l Proo Molao y Simulaión on EoimPro El Lnguaj EL EoimPro xlnt ara intgrar itma multiilinar. En artiular itma qu tuiará un itma ontrol Enrgía Térmia Solar [2] [Figura 1] D T Coltor T a Dmana, onumo T T D T T D T Intrambiaor Calor T Figura 1. Sitma Control Enrgía Térmia Solar Sino T y T la tmratura ntraa y alia l luio l rimario, rtiamnt. Aimimo, T y T on la tmratura ntraa y alia l unario. Para imliiar la notaión T =T n la ormulaión mlaa. T y T La tmratura ntraa y alia l luio V y V. V y V on lo lujo olumétrio l iruito unario o aual onumo y l oltor olar, rtiamnt. En lo qu rir íiamnt al lnguaj EL, irmo lo iguint: 1. El molo trutura n ba al lmnto báio qu nominan Comonnt y Port (Comonnt y Contor) rtiamnt. Eto omonnt una z robao agruan n Librría gún iilina y un utilizar n uanto molo n. S utilizan onto orintaa a objto, nontrano l uuario tóio n u a molao on ia abtraión, naulao, hrnia, olimorimo, t. qu lo ha r un lnguaj muy lgant. y, or otra art, ha qu l númro uaion a mnor. 2. El rograma muy abirto, ntniéno aría oion trabajo, gún la xignia u uuario: aanzao y, a artir un gnraor automátio óigo C++, rmit qu uan tnr aliaion innint o Stan Alon. 3. La intra trabajo on l uuario, una z qu l molo ha trminao, raliza una omrobaión la Sintaxi l molo, omrobano l ormato aa ión, la ritura orrta la alabra la l lnguaj, t. 4. El lnguaj roio molao EL, ontin un onjunto omlto ntnia qu un agruar gún an roo ontinuo, a artir irtamnt l onjunto uaion irnial (y algbraia) roia l Molo (y qu l uuario no tin qu ornar).para aturar

3 nto irto, tin rito qu inluyan tal ntnia n la orronint ión. S inluyn amá toa la ntnia ionibl ualquir lnguaj alto nil, n lo qu rir a roo unial. 5. Finalizao la ritura y la riión intátia l molo, ra no lo qu nomina artiión., qu no otra oa qu un molo matmátio aoiao al omonnt. E nario inir lo qu nominan Coniion Contorno, a in qu l Solr (DASSL y otro) [1] tnga inormaión uiint ara olntar lazo algbraio, tnga inia la oniion iniial la ariabl tao, t. En t ominio ya oibl har tanto xrimnto obr l molo qu, uiéno moiiar lo arámtro qu tuiran inio n molo. Para ralizar un trminao xrimnto, l uuario u inororar nua union, aatano l molo a la mjor oniion imulaión má auaa. 6. El iguint ao l la imulaión. Para llo, rooriona un ntorno amigabl iualizaión rultao. Eta intra EoMonitor, y omunia rotoolo tánar COM Miroot on otra aliaion. 3 El Sitma ontrol El Sitma qu hmo lgio ara molar y imular l la Figura 1. Como obra, a aoniionar la tmratura un luio ara onumo ométio. La nrgía obtin l ol a artir una intalaión oltor olar y un intrambiaor alor. El itma, n riniio, uonmo qu bomba luio l intrambiaor a la laa olar. En ao qu la tmratura l agua onumo ur un trminao umbral, l bombo orta. Un ontrolaor too-naa l qu a utilizar. 3.1 El molo l roo Para molar l itma, qu tuiar l omortaminto la tmratura l luio onumo, uonrmo, a to imliiaión, la hióti lna mzla. Eto, ta tmratura uniorm, Como guno hióti, uonrmo qu n la ar l óito no hay almanaminto nrgía ni tranrnia nrgía El iruito rimario l itma Para l iruito rimario tablmo lo balan maa y nrgía la iguint orma: ρ T V t = Q W t + m h m h (1) Sino l routo ρ V la maa agua l óito y l alor íio l agua. Q la otnia aloríia qu aorta al itma y W t l trabajo ténio ralizao or unia timo or l itma. h y h on la ntalía l luio ntraa y alia. Simliiano, ribimo: ρ T V t = Q + ρ T ρ T (2) Ralizano ahora un balan maa, = ρ ρ (3)

4 Si uonmo qu la nia l luio ρ no n la tmratura, u ribir la xrión (2) ρ T V t = Q + ρ ( T T ); (4) El iruito unario l itma y l oltor olar D la mima orma qu n aartao antrior y omitino alguna xrion, n l intrambiaor alor u ribir la iguint xrión: Q = ε (5) ral Q máx y ε un ator tiia aoiao a t ubitma. En artiular: T ( T T) T = ε (6) La nrgía la xrión (1) : (7) Q ( t) = ρ ( T T ) a a Roramo qu T la tmratura l agua onumo y T la tmratura l abatiminto l óito. En l oltor olar báio u ribir una nua xrión qu rlaiona la tmratura ntraa T y alia T l oltor on la nrgía olar S qu aborb y la tmratura ambint T a. En artiular, u ribir [Pal83] a a ( T T ) = A [ F S U ( T T )] ρ q (8) R a Sino A l ára l oltor, U un oiint éria y F R un arámtro tíio la laa olar, qu tinn n unta la loia l air, la tmratura ambint y la raiaión olar El ontrolaor On-OFF El ontrolaor too-naa qu roon b anular l término q i (t) la uaión irnial (2) n ao qu la tmratura T T, atuano obr la bomba rirulaión luio a traé l oltor olar. 3.2 El molo l roo n EoimPro El itor EoimPro n la rión 3.2 intgrao rmit la ntraa l molo, a artir l lnguaj LE

5 Figura 2. Entraa molo n EoimPro En la Figura 2 mutra l arrollo l Comonnt SETS (Sitma Enrgía Térmia Solar). En la ión DATA laran lo tio ariabl y u alor iniial. Eto ato un moiiar n lo xrimnto. En la ión DECLS laran lo irnt tio ariabl l molo. En la ión DISCRETE introu l omortaminto l ontrolaor Too-Naa. Como obra arialmnt n la Figura 2, imula on la trutura WHEN... END WHEN En to. La rogramaión aoiaa al ontrolaor omlto ría: DISCRETE WHEN (T_ <= T) THEN tao = ControlaorFunionano END WHEN WHEN (T_ > T) THEN tao = ControlaorParao END WHEN En ta ión aoia la inormaión l tao l ontrolaor al alor aturao l ariabl aoiaa a la tmratura l agua l óito, n rlaión a la ariabl aoiaa a la tmratura alia l luio l oltor olar. En la Sión CONTINUOUS, ubian la uaion irnial y algbraia. (2-8) [3] En artiular: CONTINUOUS

6 T_=280+1*ul(TIME,25,12.5,1) -- Entraa Tmratura ntraa al unario Ta = ZONE (TIME <=25 ) 250 OTHERS 310 tn = ZONE (tao == ControlaorParao) 0 OTHERS 1 T_ = T_ -- Tmratura alia oltor igual a Tmratura ntraa Primario T_ = T_ -- Tmratura Entraa oltor igual a Tmratura alia Primario T_ = T -- Notaión -- Balan máio y nrgátio _ = _ -- Caual unario igual _ = _ -- aual l rimario igual al l oltor olar _ = _ -- aual l unario igual al l oltor olar -- En l intrambiaor alor.. T_-T_=E*(T_-T) -- En l rimario q_i = rhofc*_*fc*t_-rhofc*_*fc*t_ q_o = rhoa*_*a*t_-rhoa*_*a*t_ A*rhoA*V*T'= tn * q_i - q_o -- En l oltor olar rhofc*(t_-t_)=ac*frc*(sc-uc*(t_-ta)) omo obra, n l EoimPro no nario har maniulaión n la uaion rultant l tuio, ya qu t roo tranarnt al uuario, omo onunia l algoritmo intrno qu utiliza EL (Maximal Tranral Algorithm)(4) 3.3 Simulaión on EoMonitor En Eomonitor rntan lo rultao lo xrimnto rarao ara l molo. En la Figura 3 mutran tal rultao aoiao a la tmratura l agua l óito. Figura 3. Rultao Simulaión T l agua y T ntraa al unario S han lgio alor tmratura ara raltar lo rultao imulaión.. En artiular ha uuto una rturbaión n la tmratura ntraa al unario. Sino muy baja la tmratura ambint ntr 0 y 25. (Figura 4). D mimo moo, omruba n la igura 5 l omortaminto l ontrolaor.

7 Figura 4. Simulaión la tmratura ambint Figura 5. Comortaminto l ontrolaor n la imulaión 4 Conluion En t trabajo ha rito ómo u utilizar un rograma ara tuiar molo omortaminto itma omo EoimPro, ara itma multiiilinar. Con t lnguaj ËL un introuir orma muy itmátia la irnt uaion algbraia y irnial ontitutia l molo global. Para l ao qu hmo rntao, no io nario imlmntar una trutura ubmolo, aa la naturalza iml l roblma. 5 Trabajo uturo En t mima lína trabajo itma ontrol multiiilinar, no roonmo ralizar un onjunto librría molo ara lo itma rgulaión l laboratorio Automátia la Eula Politénia Surior Algira, ual on lo itma ontrol nil, aual y tmratura Fbak In. Aimimo, librría omonnt rlaionao on lo ontrolar inutrial láio y aanzao y on lo onrtior ltrónio otnia aliaa a un onjunto máquina létria.

8 6 Agraiminto A Imal Roríguz Matr l Dartamnto Máquina y Motor Térmio la Uniria Cáiz, or u ugrnia hha obr la rntaión, notaión intrrtaión la uaion molo, qu m han ayuao normmnt n l rnt trabajo y l intré motrao a in qu la uaion un rntaa la manra má orrta oibl. 7 Rrnia 1. El Molling Languag Palm III, William J. Molling, Analyi an Control o Dynami Sytm.. J. Wily an Son Nota ailitaa n l Dto. Ingniría Sitma y Automátia la Uniria Vallaoli 4. Pérz Vara, R; Coba Hrrro, P; Garía Parrilla, A. Eoim: a Stat o art Continuou Simulation Tool or TCS an ECLSS. Emrario Agruao Cllir F.E. Continuou Sytm Moling.Sringr-Vrlag Nw York, 1991