Controladores. Mª Jesús de la Fuente Aparicio Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática Facultad de Ciencias

Transcripción

1 Controladores Mª Jesús de la Fente Aparicio Dpto. Ingeniería de Sistemas Atomática Facltad de Ciencias Universidad de Valladolid

2 Operación manal de n proceso Observar el nivel Comparar con el valor deseado Decidir la posición de la válvla Actar sobre la válvla

3 Operación de n proceso Comparar Decidir Cambios Respestas Actar Proceso Respesta dinámica Medir Operación manal o en lazo abierto

4 Operación atomática Valores Deseados Reglador Cambios Actar Proceso Respestas Medir Operación en lazo cerrado

5 Operación Atomática Medir el nivel Comparar con el valor deseado Decidir la posición de la válvla Actar sobre la válvla LT LC

6 Terminología Pertrbación Variable Controlada Referencia LT LC Variable Maniplada

7 Referencia Consigna Set point SP w Valores Deseados Reglador Componentes Variable maniplada Maniplated Variable MV Otpt to Process OP Entrada (al proceso) MV, (Eropa) Variables para actar Actador Pertrbaciones Deviation Variables DV Proceso Variables a controlar Transmisor x Diagrama de bloqes Valores medidos Variable Controlada Controled Variable CV Process Variable PV Salida (del proceso)

8 Cambiador de calor

9 Control Contino La variable controlada, toma valores en n rango contino, se mide se actúa continamente sobre n rango de valores del actador Pertrbación Variable Controlada Referencia LT LC Variable Maniplada

10 Control discreto Detector de máxima mínima altra Relé Las variables solo admiten n conjnto de estados finitos cambian sól en ciertos instantes de tiempo Electroválvla ON/OFF

11 Diagramas de proceso P&I Unidades de proceso actadores representados con símbolos especiales Instrmentos de medida reglación representados por círclos con números letras Lineas de conexión LT 102 LC 102

12 Control de fljo w FC a q

13 Control de nivel q i h w LT LC q

14 Control de temperatra Medir Comparar Decidir Actar

15 DIAGRAMA DE BLOQUES v DV w SP Controlador MV OP Proceso CV PV

16 Controladores Generan na señal de control normalizada al actador en fnción del valor medido de la variable qe se qiere controlar de s valor deseado. Controlador más sado PID Referencia + - Error Cálclo normalización Variable maniplada 4-20 ma Variable controlada 4-20 ma

17 Tecnologías: Nemática Electrónica Digital Implementación Controladores de lazo (PID) Atómatas (PLC) Sistemas de Control Distribido (DCS) Control por ordenador (PC)

18 Señales normalizadas Actador w Controlador Proceso 4-20 ma Transmisor 4-20 ma 4-20 madel transmisor SP 45 PV ma al actador M V 38

19 Controladores Controlador PI w + - e 1 = K e + T edt p i Actador Proceso Transmisor Panel de control

20 Sala de Control Operación 4 20 ma Campo

21 Control por comptador Potencia, Ethernet AI AO Controlador DI DO (kt) Microprocesador AO Proceso (kt) T periodo de mestreo AI T

22 Arqitectras HART I/O DeviceNet/Profibs H1 AS-i

23 Diagnosis, configration

24 EL REGULADOR PID et () = wt () t () 1 t K et T e d T de () = p () + ( ) + d τ τ dt i reglador basado en señal, no incorpora conocimiento explícito del proceso 3 parámetros de sintonia K p, T i, T d diversas modificaciones

25 PI w + - e 1 = K e + T edt p i Actador Proceso Transmisor

26 Unidades W 100/span % + - R % Actador U % G p 100/span Las señales de entrada salida al reglador selen expresarse en % del span del transmisor del actador respectivamente. La conversión del reglador debe corresponder a calibración del transmisor Y

27 Parámetros PID K p ganancia / Término proporcional % span control / % span variable controlada banda proporcional PB=100/ K p T i tiempo integral / Término integral mintos o sg. (por repetición) (reset time) repeticiones por min = 1/ T i T d tiempo derivativo / Término derivativo mintos o sg.

28 Acción proporcional t () = Ket () + bias p e t t Un error del x % provoca na acción de control del K p x % sobre el actador bias = manal reset (CV = SP)

29 Acción directa/inversa considerar el tipo de válvla LC LT LC LT Direct acting controller K p < 0 Reverse acting controller K p > 0 (t)=k p (w-) si amenta decrece con K p positiva

30 Acción proporcional 1500 rpm w + - e K p Ampl. Ing. 30 % M 1500 rpm (t)=k p e(t) + 30 Solo pede alcanzarse n pnto de eqilibrio con error cero

31 Acción proporcional bias K p e - + w LT e(t) = w (t)=k p e(t) + bias

32 Acción Integral 1500 rpm w + - e K T i p K p ed τ Ampl. Ing. M 1500 rpm

33 Bias ajstable K T i p K p ed τ e - + PI w LT e(t) = w (t)=k p e(t) + bias

34 Acción integral (atomatic reset) w w t t t K T i p ed τ t Un reglador P no elimina el error estacionario en procesos atoreglados La acción integral contina cambiando la hasta qe el error es cero

35 Acción Integral t K p t () = e( τ) dτ T i 0 K T i p ed τ e Si e=cte. e K p e t t T i tiempo qe tarda la acción integral en igalar a la acción proporcional (n repetición) si e=cte. T i = 1 repetición Kp T ed Kp τ = T et = K e t T p = i i i

36 Acción derivativa w + - e K p Ampl. e Ing. K p T d de dt M La acción derivativa corrige los cambios brscos de la señal de control debidos a cambios rápidos del error

37 e = w - Acción derivativa w w t t t (t) = Kp (e + T d de ) dt t Un reglador P con ganancia alta para dar respesta rápida pede provocar oscilaciones por excesiva La acción derivativa modera la si e decrece rapidamente, evitando oscilaciones

38 Acción derivativa t ()= KT de p d dt PD K p e e Si e= a t e K p T d a t t Con e variando linealmente, la acción derivativa da la misma qe la acción proporcional daría T d sg. mas tarde Acción anticipativa No infle en el estado estacionario T d

39 Acción derivativa t ()= KT de p d dt K p e e Si e= a t e K p T d a t t T d tiempo qe tarda la acción derivativa en igalar a la acción proporcional si e= a.t. KT de dt T d = KTa= Kat t= T p d p d p d

40 Métodos de sintonía de PID Métodos de preba error Métodos basados en experimentos Estimar ciertas características dinámicas del proceso con n experimento Calclar los parámetros del reglador mediante tablas o fórmlas dedcidas en fnción de las características dinámicas estimadas Métodos analíticos basados en modelos Minimización de índices de error Márgenes de Fase /o ganancia

41 Preba Error w w 1 Amentar K p 2 Amentar T d w Partir de valores bajos de K p, sin acción integral o derivativa Amentar K p hasta obtener na forma de respesta aceptable sin excesivos 3 Disminir T i Amentar ligeramente T d para mejorar la respesta Disminir T i hasta eliminar el error estacionario

42 Respesta dinámica nivel Cambio escalón de la variable maniplada tiempo

43 Respesta dinámica MV Proceso CV tiempo tiempo Experimentación Modelo matemático

44 Respesta dinámica Transitorio Estacionario tiempo

45 Tipos de procesos Atoreglados No atoreglados o Integradores tiempo tiempo

46 Tipos de procesos Fase mínima Fase no-mínima o respesta inversa tiempo tiempo

47 Estabilidad 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto Estable Inestable A na entrada limitada corresponde na salida limitada

48 Amortigamiento 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto Sobreamortigado Sbamortigado

49 Respesta dinámica tiempo de asentamiento +5% del valor final Retardo tiempo

50 respesta dinámica Sobrepico en % = 100 Mp/ Δ Ganancia = Δ / Δ M p Δ Δ tiempo

51 Ganancia Ganancia positiva Ganancia negativa o inversa tiempo tiempo

52 respesta dinámica periodo de oscilación s valor final 90 % s 10 % s tiempo de sbida tiempo