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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica SISTEMAS AVANZADOS DE CONTROL – 299018-6 –- 2015 Act. No. 3 – Trabajo Colaborativo Unidad 3

ACTIVIDAD 3 TRABAJO COLABORATIVO LUIS ALBERTO SANCHEZ CORREA - Cód.: 16.786.134 ENVER RICARDO PIZO - Cód.: 94517159

Director: CARLOS VERA ROMERO Grupo Colaborativo: 299018-6

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD. Programa: Ingeniería Electrónica Cead: Palmira- Valle- Colombia Noviembre- 2015

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INTRODUCCION

En este curso de sistemas avanzados de control automático para Ingeniería electrónica de la Universidad UNAD, se busca profundizar en la ciencia de los sistemas automáticos de control,

que estudia, diseña y permite simular procesos lógicos de control, con

programas y algoritmos muchas veces sofisticados. Las herramientas de simulación y programación están unidas al sueño y constante construcción, pruebas y el deseo de crear mejores sistemas de control que nos permitan.

Este trabajo es un acercamiento al campo de los sistemas avanzados de control de modo individual principalmente para la Unidad 3. Técnicas avanzadas de control II (control óptimo, control basado en lógica difusa).

Se deben leer los contenidos

propuestos en el entorno de conocimiento para la Unidad 3. Técnicas avanzadas de control III, (Control basado en redes neuronales artificiales, control robusto, adaptativo y predictivo). En este trabajo buscamos aplicar y argumentar la aplicación de una red neuronal artificial en el control de temperatura y humedad de una habitación, como también aplicar y argumentar una mejora del sistema de control de temperatura y humedad a través del control robusto, y/o adaptativo y/o predictivo.

Adicionalmente de modo grupal se pretende aplicar y argumentar la aplicación de una red neuronal artificial en el control de temperatura y humedad de una habitación y aplicar y argumentar una mejora del sistema de control de temperatura y humedad a través del control robusto, y/o adaptativo y/o predictivo, argumentado con la bibliografía revisada y contextualizada en los aportes individuales.

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OBJETIVOS Generales

Realizar las actividades correspondientes de la Unidad 3 del Curso.

Específicos


Leer los contenidos propuestos en el entorno de conocimiento para la Unidad 3. Técnicas avanzadas de control III, (Control basado en redes neuronales artificiales, control robusto, adaptativo y predictivo)
Aplicar y argumentar la aplicación de una red neuronal artificial en el control de temperatura y humedad de una habitación.
Aplicar y argumentar una mejora del sistema de control de temperatura y humedad a través del control robusto, y/o adaptativo y/o predictivo.
Aplicar y argumentar la aplicación de una

red neuronal artificial en el control de

temperatura y humedad de una habitación.
Aplicar y argumentar una mejora del sistema de control de temperatura y humedad a través del control robusto, y/o adaptativo y/o predictivo, argumentado con la bibliografía revisada y contextualizada en los aportes individuales.

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MARCO TEORICO DEL PROBLEMA El sistema de control para temperatura y humedad que hemos venido modelando desde la unidad 1 y 2 de esta materia sistemas avanzados de control es necesario conocer la dinámica de la planta, comportamiento y reacciones ante estímulos externos y buscar su estabilidad y controlabilidad. Durante la fase inicial se obtuvo un modelo de la planta que reproduzca con suficiente precisión el comportamiento del proceso real requerido en este proyecto. La solución matemática de ecuaciones del comportamiento real en la habitación que incluya la temperatura y la humedad, se construye un modelo matemático que lo represente.

Identificación de sistemas. En la habitación vamos a controlar la temperatura y la humedad, con un modelo matemático que lo represente. Durante la identificación de sistemas en la unidad 1 se obtuvo un modelo matemático que reproduce con exactitud para fines académicos

las

características dinámicas del proceso de temperatura y humedad. El proceso de identificación comprendió e los siguientes pasos generales: Obtención de datos de entrada – salida de temperatura y humedad, Elección de la estructura del modelo matemático y conceptual, Obtención de los parámetros del modelo y variaciones, y finalmente la validación del modelo.

Modelado matemático del sistema Temperatura y Humedad A través de ecuaciones matemáticas, el Modelo de temperatura controlada y Humedad del Sistema de Aire Acondicionado. El control agua refrigerada, calentador, y el humidificador de la temperatura y la humedad del aire acondicionado controlado sistema, el aire Acondicionado es apropiado para mantener temperatura y humedad a las condiciones establecidas.

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El modelado del aire de salida, la mezcla de aire, tanque de agua fría, el calentador, y de sus componentes del humidificador.

El modelo: El calor y la densidad del aire específicos son

constantes, no hay ninguna fuga de aire en el proceso, El límite es aislado. Y El aire es el gas ideal. La ley de termodinámica en este caso es:

 energía   entrada

  energía  −    salida

  − 

{pérdidas

 energía } =  acumulada  sistema 

    

La eficiencia energética de des humidificación: Mide en litros de agua extraídos del aire por kWh de energía consumida. Un factor más alto significa mayor eficiencia, con un rendimiento que van desde 1 L / kWh a más de 4 L / kWh. La interacción compleja de la temperatura del aire, significa la temperatura, la velocidad del aire radiante y la humedad con el ambiente térmico humano. Se analiza el efecto de la manipulación de la humedad relativa HR del ambiente en un cuarto en el

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confort térmico y sensación térmica ocupantes humanos. El efecto de controlar la RH junto con la temperatura en la zona de confort térmico se traduce en:
El aumento de la humedad relativa final reduce la cantidad de calor rechazado por lo tanto hace que el sistema de aire acondicionado eficiente en consumo de combustible.
El aire acondicionado en aire caliente y seco es más eficiente energéticamente que en condiciones de calor y humedad.
El control de la humedad relativa en el cuarto cuenta con el valor RH, como valor de humedad relativa inicial alta conduce a una mayor cantidad de rechazo de calor.
Sistema de refrigeración por evaporación utiliza controlar la humedad relativa del cuarto.

MODELACION MATEMATICA – SISTEMAS DE CONTROL DE LA HABITACION Se concluyó en la unidad 1:

Qin - Q out = d(Q)/dt,

Donde:


Qin = Energia entrado al cuarto.
Qout = Energia saliendo el cuarto.
d(Q)/dt es la proporción de cambio de la energía almacenada. La energía del aire en el cuarto es definida como: Q = M * Cp * ∆t, Donde:
M es la masa de aire define como Volumen * Presion
Cp = Calor constante especifico.
∆t = Diferencial de temperatura del cuarto, d( T gas) / dt. Combinando las ecuaciones en el proceso de mezclar el volumen de aire en el cuarto con el suministro de volumen de aire así: • •

Q interior + Q exterior + Q suministro – Q salida = V cuarto * P aire * Cp * d (T cuarto)/ dt

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Donde: • • • • • • • • • • • • • •

Pair, Rho aire es la densidad del aire. V cuarto es el volumen del cuarto. T cuarto es la temperatura del cuarto Q interior = energía generada al interior del cuarto como carga, personas, luces y computadores. Q exterior = Energía generada al exterior por cargas, tales como sol, y frio del medio ambiente externo. De aquí que Q salida = M * Cp * ( T cuarto – T aire deja cuarto) Y T cuarto = Temperatura aire que deja el cuarto. Y Q salida = 0. Q suministro = M * Cp * ( T suministro – T cuarto). Q suministro = K * Volumen Flujo de aire * ( T suministro – T cuarto) K es constante T suministro es la temperatura del aire del suministro en el cuarto. Q interior + Q exterior + K * volumen Flow Aire ( T suministro – T cuarto) Vcuarto * Paire * Cp * d(T cuarto)/dt

Establecer la ecuación que determina la temperatura del cuarto así:

T cuarto =   ∗   ∗ (∫ [   +   ∗   (T suministro – T cuarto)] dt


• • • • •

Cp = 0.241 btu (Lb F) P aire = 0.075 Lb/ ft^3 K = 1.08 (Cfin Btu) / Hour F Q suministro = K * Volumen Suministro flujo de aire * (T suministro – T cuarto) Q suministro = K * Max Volumen Flow aire * (T suministro – T cuarto)


El control simultáneo, y el establecimiento de parámetros es difícil y el acoplamiento térmico entre RH y la temperatura, la respuesta del sistema oscila.
Los efectos de acoplamiento de HR y temperatura deben ser considerados, cuando se desea controlar estos parámetros simultáneamente.
Hay dos enfoques para abordar la desvinculación de la temperatura y humedad relativa.
El acoplamiento entre la temperatura y la humedad relativa se puede superar mediante la utilización de un algoritmo de desacoplamiento.

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El modelo presenta ecuaciones de balance de masa de energía para cada HVAC componente. Dos bucles de control para este modelo, bucle de control de temperatura y circuito de control de relación de humedad.
El controlador del sistema varía FSW fsa acuerdo con cambios de carga, los puntos de ajuste de temperatura y humedad relativa, como variables de control, se mantienen.

Modelo de control para temperatura de la habitación se define como:

()* ∗ +)* ∗

,* ( $*-

()! +!

#$%& #'

!"

=

− $*&/ + (01/! ($23 $%& / + ,! ($4 − $%& / (1)

Donde:

Cah= Máxima capacidad térmica de la unidad de Aire Acondicionado = 4.5 Kj/C Tco = Temperatura del aire de salida de la unidad del calentador de aire (◦C) •

Fsw = Rata de flujo de agua = 8.02*10-5 m3/s

•

Psw = Presión del agua de suministro.

•

Cpw = Temperatura especifica del agua = 4.1868 kJ/kg ◦C

•

Twi = Temperatura del agua de suministro = (◦C)

•

Two = Temperatura del agua de retorno=10 (◦C)

•

(UA)ah = Factor de transmitancia por área de la unidad de aire acondicionado = 0.04 kJ/sC

•

To = Temperatura externa=32 ◦C (Verano)=5 ◦C (Invierno)

•

Tco = Temperatura del aire de salida del coil (◦C)

•

Fsa = Volumen Flujo de aire de suministro = 0.192 m3/s

•

Pa = Presión del aire de suministro.

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•

Cpa = Temperatura especifica del aire =1.005 kJ/kg ◦C

•

Tco = Temperatura de aire de salida del calentador de aire (◦C)

•

Tm = Temperatura de salida del aire de la caja mezcladora (◦C)

Modelo de control para Humedad de la habitación se define como: 5

#$" #'

= ()!

,! ($)-

− $" / + ∝" ($& − $" /

(2)

Dónde: Ch = Máxima capacidad del humidificador =0.63 kJ/◦C Th =

Temperatura del aire de suministro (en el Humidificador) in (◦C)

•

Fsa = Volumen del flojo de aire suministro = 0.192 m3/s

•

Cpa = Temperatura especifica del aire = 1.005 kJ/kg ◦C

•

Tsi = Temperatura del aire de suministro (al humidificador) (◦C)

•

Th = Temperatura del suministro de aire (en el humidificador) in (◦C)

• • •

∝" = Factor de Transmitancia por unidad de area del humidificador 0.0183 kJ/s ◦C To = Temperatura externa=32 ?C (Verano)=5 ?C (Invierno)

Th = Temperatura del aire de suministro en el humidificador en (◦C)

Modelo de control para Humidificado de la habitación se define como:

7"

#*" #'

=

()! ( 8)- − 8" / +

"('/ +!

(3)

Donde: Vh = Volumen total del Humidificador=0.44 m3 Wh = Relacion del suministro de aire / humedad en el humidificador en kg/kg(Aire seco) •

Fsa = Volumen de flujo del aire de suministro = 0.192 m3/s

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Wsi = Proporción humedad en el aire de suministro entrando el humidificador en kg/kg (dry air) Wh = Proporción de humedad en el aire en el humidificador en kg/kg(Aire seco) h(t) = Proporción de aire húmedo producido por el humificador. Pa = Presión del aire.


Las ecuaciones 1 y 3 muestras que el control de la humedad y de la temperatura está interconectado.
La ecuación (1) indica que la velocidad de cambio de la energía en el aire pasa a través de la bobina es igual a la energía añadida por el caudal de agua en la bobina de calentamiento, y la energía transferida por el aire de retorno a los alrededores .
En la ecuación (3), h (t) es la tasa de aire húmedo que el humidificador puede producir y es función de relación de humedad. Revisado ecuaciones diferenciales en el sistema se pueden expresar en forma de espacio de estado de la siguiente manera:

9
= ;

( /