Control Anticipativo

Transcripción

1 Control de Procesos Industriales 8. Control Anticipativo por Pascual Campoy Universidad Politécnica Madrid Control Anticipativo Motivación Concepto y estructura Cálculo del controlador Control de proporción U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 2 1

2 Motivación Intercambiador con vapor a condensación: P V e V AY Σ C V P V e F Intercambiador G CA (s) em (s) 1 e (s) e -3s 15s y ref (t) - G C (s) V(s) 0,2 120s (s) U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 3 Concepto y estructura Concepto: medir las perturbaciones y actuar sobre la entrada para corregir el efecto de aquellas d m (t) d(t) G CA (s) G S (s) y ref (t) - G C (s) G P (s) G D (s) y(t) El control anticipativo es un control en bucle abierto, por lo que debe utilizarse siempre junto con un control por realimentación de la salida (C.R.B.), para mejorar las características de éste. U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 4 2

3 Cálculo del controlador Objetivo: anular o minimizar el efecto de la perturbación d(t) d m (t) G CA (s) G S (s) d(t) para anular el efecto de d(t): G D (s) G P (s) y(t) U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 5 cálculo del controlador La f.d.t. teórica del C.A. que anula el efecto de la perturbación no siempre es realizable: 1. El t m de G CA (s) no es realizable cuando t md <(t mp t ms ): el efecto de d(t) no se anula, pero es tanto menor cuanto t md -(t mp t ms ) 0 2. Cuando nº ceros (G CA (s)) > nº polos (G CA (s)): el efecto de d(t) no se anula, pero es tanto menor cuanto más parecida sean las dinámicas de G P (s)g S (s)) y G D (s) U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 6 3

4 Ejemplo 8.1 a) Diseñar y calcular un control anticipativo que minimice el efecto de e b) Comparar los resultados respecto al C.R.B. ante cambios en la referencia ref y ante cambios en la perturbación e (sin y con error en el modelado) e P V V y ref (t) AY Σ C - G C (s) Kc=1/0.2=5; i=20 - (120s) e -3s 0,2(15s) V(s) em (s) 1 0,2 120s e -3s 15s e (s) U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 7 (s) ejemplo 8.1 b) ante cambio en ref ante cambio en e sin error de modelo ante cambio en e error de modelo de 10% en todos los parámetros U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 8 4

5 Ejercicio 8.1 En el esquema de control en cascada de la figura se desea minimizar el efecto de las variaciones en la concentración de entrada C Ae A C A C Ae (s) AC C Aref 0,9e -10s 124s F e C Ae e F r FC C ref ref (s) -1,5 e -12s 130s C A (s) F e e P c a) Diseñar en esquema de control usando la terminología ISA b) Diseñar en Simulink el sistema de control anterior (2.5 puntos) c) Calcular todos los bloques del anterior sistema de control (2.5 puntos) d) Calcular el bloque de C.A. proporcional (sin dinámica) (2.5 puntos) e) Comparar en un gráfico la evolución de CA sin usar el C.A, usando un C.A. U.P.M.-DISAM con dinámica P. Campoy y usando un Control C.A. de Procesos proporcional Industriales (2.5 puntos) 9 Control Anticipativo Motivación Concepto y estructura Cálculo del controlador Control de proporción U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 11 5

6 Control anticipativo de proporción: concepto y estructura Objetivo: controlar la proporción de dos flujos Estructura 1: Estructura 2: relación deseada F 1 F 1 X FC relación deseada FC AY U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 12 Ejemplo control proporción: control de altura de calderín Esquema funcionamiento calderín vapor a turbina L H ref LC AY Σ agua a pared de agua mezcla líquido-vapor FC agua de alimentación U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 13 6

7 Sistema mezclador Para el mezclador de temperaturas de la figura, se tiene: F F ecuaciones estáticas: F = F1 F2 # " F = 1 F1 2F2! punto de equilibrio: ecuaciones estáticas linealizadas: F = F 1 # = 10 " 0 F 1 20 " 0 F 10 1 F % 20 $ 2 F 0 F 0 F 0 F 0 &% F = F 1 # $ = "0.833 F % identificando se obtienen las ecuaciones dinámicas: " 1 1 % " F(s) % $ ' $ ' = 3s 1 3s 1 " F $ # (s) & $ (0.8333e (3s e (3s ' 1 (s)% $ ' '# (s)& # $ 10s 1 10s 1 &' 10 = 20; F 10 =10; 20 = 80; 0 = 2 " F 0 =12; 0 = 30 U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 14 Ejercicio 8.2 En el sistema de la figura F 1 es una variable de perturbación, siendo la única variable manipulada: F % 2 F " " F(s) % $ $ ' = $ 3s 1 # (s) & $ (0.8333e (3s # $ 10s 1 ' 3s 1 " F e (3s ' 1 (s)% $ ' '# (s)& 10s 1 &' a) Diseñar una estructura de control de que incluya un control de proporción (observar qué bloques usan valores incrementales) (2.5 puntos) b) Calcular todos las f.d.t. de la estructura de control anterior (2.5 puntos) c) Comparar en un mismo gráfico la evolución de con la obtenida mediante un C.R.B., en el caso de que F 1 pase a valer 11. (2.5 puntos) d) Comparar en un mismo gráfico la evolución de con la obtenida mediante un C.R.B., cuando la ref pasa a ser de 31º (2.5 puntos) U.P.M.-DISAM P. Campoy Control de Procesos Industriales 15 7