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

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Transcripción:

Controladores Mª Jesús de la Fente Aparicio Dpto. Ingeniería de Sistemas Atomática Facltad de Ciencias maria@atom.va.es Universidad de Valladolid

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

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

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

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

Terminología Pertrbación Variable Controlada Referencia LT LC Variable Maniplada

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)

Cambiador de calor

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

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

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

Control de fljo w FC a q

Control de nivel q i h w LT LC q

Control de temperatra Medir Comparar Decidir Actar

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

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

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

Señales normalizadas Actador w Controlador Proceso 4-20 ma Transmisor 4-20 ma 4-20 madel transmisor SP 45 PV 45.5 4-20 ma al actador M V 38

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

Sala de Control Operación 4 20 ma Campo

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

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

Diagnosis, configration

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

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

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

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.

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Respesta dinámica nivel Cambio escalón de la variable maniplada tiempo

Respesta dinámica MV Proceso CV tiempo tiempo Experimentación Modelo matemático

Respesta dinámica Transitorio Estacionario tiempo

Tipos de procesos Atoreglados No atoreglados o Integradores tiempo tiempo

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

Estabilidad 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto 1.5 1.5 1 1 0.5 0.5 0 0-0.5 0 2 4 6 8 10-0.5 0 2 4 6 8 10 Estable Inestable A na entrada limitada corresponde na salida limitada

Amortigamiento 2 respesta en lazo abierto 2 respesta en lazo abierto 1.5 1.5 1 1 0.5 0.5 0 0-0.5 0 2 4 6 8 10-0.5 0 2 4 6 8 10 Sobreamortigado Sbamortigado

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

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

Ganancia Ganancia positiva Ganancia negativa o inversa tiempo tiempo

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