Herramienta interactiva para el estudio de esquemas de control de sistemas con retardo

Transcripción

1 Herramienta interactiva para el estudio de esquemas de control de sistemas con retardo Authors: José Luis Guzmán, Pedro García, Tore Hägglund Sebastián Dormido, Pedro Albertos, Manuel Berenguel Jornadas de Ingeniería de Control Madrid, Mayo, 2007 Índice 2 1. Motivación. 2. Esquemas de control: o Smith Predictor y sus problemas. o Mejorando robustez. o Compensadores para sistemas integradores con retardo. o Compensadores para sistemas inestables con retardo. 3. Herramienta interactiva. 1

2 Índice 3 1. Motivación. 2. Esquemas de control: o Smith Predictor y sus problemas. o Mejorando robustez. o Compensadores para sistemas integradores con retardo. o Compensadores para sistemas inestables con retardo. 3. Herramienta interactiva. Motivación 4 La gran mayoría de procesos industriales están caracterizados por la presencia de retardos. Tales retardos pueden estar presentes de manera intrínseca en el proceso tal como en el caso de procesos químicos, columnas de destilación o transportes de masa y energía. Los retardos también pueden ser introducidos en el propio controlador durante su fase de diseño, como por ejemplo debido al tiempo de cómputo en el algoritmo de control, sistemas distribuidos, etc 2

3 Motivación 5 Desde un punto de vista de control, los sistemas con retardo producen un incremento de la fase del sistema, dando lugar a la disminución de los márgenes de fase y ganancia y por tanto limando el ancho de banda. Motivación 6 El problema del control de sistemas con retardo ha sido ampliamente estudiado por la comunidad del control. El Predictor de Smith ha sido la estrategia de control más conocida y efectiva a la hora de trabajar con este tipo de sistemas. Sus principales inconvenientes asociados a problemas de robustez, control de sistemas integradores o sistemas inestables con retardo, han sido estudiados y solucionados por diferentes autores. 3

4 Motivación 7 Albertos, P. and Garca, P. Partial control of serie systems: application to time delayedsystems. Asian Control Conference, Bali (Indonesia) Aström, K. J., Hang, C. C., Lim, B. C., A new smith predictor for controlling a process with an integrator and long dead-time. IEEE Transactions on Automatic Control 39, Bequette, B. W., Process dynamics: modeling, analysis and simulation. Prentice-Hall. García, P., Albertos, P., Hägglund, T., Control of unstable nonminimum-phase delayed systems. Journal of Process Control 16, Gu, K., Niculescu, S. I., Survey on recent results in the stability and control of timedelays systems. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 125, Hägglund, T., An industrial dead-time compensating pi controller. Control Engineering Practice 4, Ingimundarson, A., Hägglund, T., Robust tuning procedures of deadtime compensating controllers. Control Engineering Practice 9, Ingimundarson, A., Hägglund, T., Performance comparison between pid and deadtime compensating controllers. Journal of Process Control 12, Liu, T., Zhang, W., Gu, D., Analytical design of two-degree-of-freedom control scheme for open-loop unstable processes with delay. Journal of Process Control 15, Lu, X., Yang, Y.-S., Wang, Q.-G., Zheng, W.-X., A double two-degreeof-freedom control scheme for improved control of unstable delay processes. Journal of Process Control 15, Motivación 8 Majhi, S., Atherton, D. P., Obtaining controller parameters for a new smith predictor using autotuning. Automatica 36, Matausek, M. R., Micic, A. D., A modified smith predictor for controlling a process with an integrator and long dead-time. IEEE Transactions on Automatic Control 41, Matausek, M. R., Micic, A. D., On the modified smith predictor for controlling a process with an integrator and long dead-time. IEEE Transactions on Automatic Control 44. Michiels, W., Niculescu, S. I., On the delay sensitivity of smith predictors. International Journal of Systems Science 34 (8-9), Normey-Rico, J. E., Bordons, C., Camacho, E. F., Improving the robustness of deadtime compensating pi controllers. Control Engineering Practice 5 (6), Normey-Rico, J. E., Camacho, E. F., A unified approach to design dead-time compensators for stable and integrative process with dead-time. IEEE Transactions on Automatic Control 47, Palmor, Z. J., Time delay compensation-smith predictor and its modifications, in the control handbook, (Levine, W.S., Ed.). CRC Press, Richard, J. P., Time-delay systems: an overview of some recent advances and open problems. Automatica 39, Silva, G. J., Datta, A., Bhattacharyya, S. P., PID Controllers for Time- Delay Systems. Control Engineering. Birkhäuser. Smith, O. J. M., Closer control of loops with dead time. Chemical Engineering Progress 53,

5 Motivación 9 Existen numerosas soluciones disponibles para abordar el problema de control de sistemas con retardo. Esta disponibilidad es muy rica desde un punto de vista de investigación, pero a veces, desde un punto de vista industrial puede ser difícil escoger entre cual es la estructura de control más adecuada. Se han considerado aquellas funciones de transferencia que permiten representar la mayoría de procesos industriales con retardo: stable FOPDT, IPDT, unstable FOPDT and SOPDT. Las estructuras de control seleccionadas han sido: Matausek and Micic (1999) para IPDT, Lu et al. (2005) para sistemas inestables, y Normey-Rico et al. (1997) para abordar problemas de robustez. Motivación 10 Existen numerosas soluciones disponibles para abordar el problema de control de sistemas con retardo. Esta disponibilidad es muy rica desde un punto de vista de investigación, pero a veces, desde un punto de vista industrial puede ser difícil escoger entre cual es la estructura de control más adecuada. Se han considerado aquellas funciones de transferencia que permiten representar la mayoría de procesos industriales con retardo: stable FOPDT, IPDT, unstable FOPDT and SOPDT. Las estructuras de control seleccionadas han sido: Matausek and Micic (1999) para IPDT, Lu et al. (2005) para sistemas inestables, y Normey-Rico et al. (1997) para abordar problemas de robustez. 5

6 Índice Motivación. 2. Esquemas de control: o Smith Predictor y sus problemas. o Mejorando robustez. o Compensadores para sistemas integradores con retardo. o Compensadores para sistemas inestables con retardo. 3. Herramienta interactiva. Esquemas de Control PI Control 12 Detuning the controller 6

7 Esquemas de Control Smith Predictor 13 Main drawbacks Modeling errors Unstable processes Integrating processes Interactive SP Integrating Processes 14 Matausek and Micié,

8 Interactive SP Unstable Processes 15 Lu, et al Interactive SP Robustness problems 16 Normey et al

9 Índice Motivación. 2. Esquemas de control: o Smith Predictor y sus problemas. o Mejorando robustez. o Compensadores para sistemas integradores con retardo. o Compensadores para sistemas inestables con retardo. 3. Herramienta interactiva. Interactive SP

10 Herramienta interactiva para el estudio de esquemas de control de sistemas con retardo Authors: José Luis Guzmán, Pedro García, Tore Hägglund Sebastián Dormido, Pedro Albertos, Manuel Berenguel Jornadas de Ingeniería de Control Madrid, Mayo,