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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN

SISTEMAS DE CONTROL: CONTROL ANTICIPATIVO

Autores: Yuselys, Saavedra Ponce C.I. 23.539.518 Marife, Alonso

C.I 23.898.628

Rene, Ravelo,

C.I 25.781.773

Simón, Mostacero

C.I 20. 248.883

Zulimar, Villanueva

C.I 26.101.406

Slater, Castillo

C.I 25.028.700

Carlos, Gómez

C.I 20.646.042

Profesor: Ing. Darluis, Longart.

Maturín, Febrero del 2017 INTRODUCCIÓN

Un sistema de control es aquel que miden una o más variables de entrada al proceso que pueden perturbar la variable controlada y se toma una acción de corrección en la variable manipulada a través del elemento final de control. El control de éste tipo, la información relacionada con una o más condicionesque puedan perturbar la variable controlada, se realimentan para mini mizar la desviación de la variable controlada. En sistemas que poseen tiempos de retardo importantes con desviaciones de magnitud y duración distintas, la señal de error es detectada mucho tiempo después que se ha producido el cambio de carga, por lo cual, la corrección correspondiente es retardada y ocurre a veces que el controlador actúa cuando no se necesita porque se ha eliminado el cambio de carga que dio lugar a la corrección. Desde un punto de vista estricto, el control anticipativo puede considerarse como un control en lazo abierto y su aplicación aislada dará lugar a un offset significativo, es decir, la variable de salida (temperatura en éste caso ) se apartará significativamente de la deseada.

ÍNDICE GENERAL

pp.

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................iv Control Anticipativo....................................................................................................5 Ventajas del Control anticipativo............................................................................... Limitaciones de Aplicación del Control en Cascada................................................. Diseño de Controles Anticipado................................................................................ Control Anticipativo Estático...................................................................................... Sistema de Control Anticipativo Genérico................................................................. Control Mixto Anticipativo- Retroalimentación......................................................... Control anticipativo + realimentado......................................................................... Aplicaciones............................................................................................................. CONCLUSIONES....................................................................................................13 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................14

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LISTA DE FIGURAS

FIGURAS

pp.

a. Control de realimentación.............................................................................6 b. Control en cascada........................................................................................6 c. Control Anticipativo........................................................................................6 Figura 1. Comparación entre control de realimentación, en cascada y anticipativo.6 Figura 2. Procedimiento aplicado en la figura...........................................................8 Figura 3. Controlador anticipativo estático................................................................8 Figura 4. Procedimiento aplicado en la figura...........................................................9 Figura 6. Sistema de control anticipativo genérico....................................................9 Figura 7. Control Mixto Anticipativo- Retroalimentación.........................................10 Figura 8.Control de temperatura en un intercambiador de calor.............................11 Figura 9. Aplicación típica de un control anticipado................................................12

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Control Anticipativo.

El control anticipativo por su nombre en inglés (feed-forward control) se basa en la medición de una o más variables de entrada y actúa simultáneamente sobre la variable manipulada que produce la salida deseada del proceso. También llamado prealimentación, es un control que mide las perturbaciones que llegan al sistema y actúa controlando al sistema para compensar las perturbaciones y que no modifiquen su salida. Con el control anticipativo, se cancelan los efectos indeseables de perturbaciones medibles al compensarlos antes de que se perciban en la salida. En éste tipo de control, la información está relacionada con una o más condiciones que puedan perturbar la variable controlada, se realimentan para minimizar la desviación de la variable controlada. Su diseño se basa en un sistema de cómputo que tiene como entradas las señales que provienen de la medición de las perturbaciones y como salida la modificación que LT FC FT LC debe hacerse en la variable manipulada para que la variable controlada no se desvíe de su punto de referencia. De ésta manera, la variable perturbadora entra simultáneamente con la acción correctiva con lo que impide la desviación que se produciría en la variable controlada. Esta corrección antes de que se produzca el error da el nombre de anticipativa a esta acción de control. La eficacia del control anticipativo depende de la precisión alcanzada en la medida de la variable de entrada y de la precisión del modelo calculado. Por otra parte, puede resultar costoso o imposible determinar el modelo del proceso. En la Figura 1 en (p.6), puede verse una comparación entre controles de realimentación, en cascada y anticipativo aplicados a un intercambiador de calor.

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a. Control de realimentación.

b. Control en cascada.

c. Control Anticipativo. Figura 1. Comparación entre control de realimentación, en cascada y anticipativo.

Ventajas del Control anticipativo. Presenta algunas ventajas entre ellas:  Actúa antes de que la perturbación haya afectado al sistema.  Adecuado para sistemas lentos con grandes retrasos de transporte.  No introduce inestabilidad en la respuesta. 6

Limitaciones de Aplicación del Control en Cascada. A su vez este tipo de control presenta una serie de inconvenientes o limitaciones que de una forma u otra se ve reflejada en los procesos entre estas:  Requiere de la total identificación de todas las perturbaciones que afectan al sistema.  No puede anular las perturbaciones no medidas.  Es sensible a variaciones en los parámetros del proceso.  Requiere de un conocimiento exacto del modelo del proceso.

Diseño de Controles Anticipado. Para cada caso el controlador va a ser diferente, aunque el procedimiento de obtención es el mismo. Existen dos tipos de control anticipativo entre ellos:  Control anticipativo estático.  Control anticipativo dinámico. En ambos casos es necesario identificar cual son las posibles perturbaciones y cuál es el objetivo del sistema de control. Control Anticipativo Estático. El objetivo de control, en este es el valor de la variable controlada y el del punto de consigna deben coincidir en el nuevo estado estacionario. Esta estrategia de control no produce control perfecto. Procedimiento: 1.

Se obtiene un modelo del proceso que relacione a la variable a controlar con

las variables manipuladas y perturbaciones. 2. Se introduce el objetivo de control en el modelo en forma de ecuación. 3. Se despeja la ley de control y se aplica a nuestro sistema. Ejemplo gráfico:

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Figura 2. Procedimiento aplicado en la figura.

Figura 3. Controlador anticipativo estático.

 Modelo del proceso asumiendo.  Salida por rebosadero.  Caudal de afluente constante. Control Anticipativo Dinámico. El objetivo de control, en este se pretenden que en todo momento la variable de control este en el valor correspondiente a la señal de consigna. Esta estrategia de control puede producir un control perfecto si el modelo del sistema considera todas las posibles perturbaciones.

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Figura 4. Procedimiento aplicado en la figura.

Figura 5. Controlador anticipativo dinámico.  Modelo del proceso asumiendo.  Salida por rebosadero.  Caudal de afluente constante.

Sistema de Control Anticipativo Genérico.

Figura 6. Sistema de control anticipativo genérico.

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Función de transferencia correspondiente a la señal de consigna: G R ( s )=

1 GU ( S)

Función de transferencia correspondiente al control principal: G R ( s )=

GU ( S) G P (S)

Control Mixto Anticipativo- Retroalimentación. Ventajas:       

Actúa antes de que la perturbación haya afectado al sistema. Es adecuado para sistemas lentos con grandes retrasos de transporte. No introduce inestabilidad en la respuesta. No necesita identificar todas las perturbaciones. Es menos sensible (que el anticipativo) a los errores en el modelo. Es menos sensible (que el anticipativo) a cambios en los parámetros. Las estrategias de control por retroalimentación y anticipativo se complementan perfectamente.

Inconvenientes:  El único inconveniente es el coste del sistema de control que aumenta notablemente.

Figura 7. Control Mixto Anticipativo- Retroalimentación.

La estabilidad del sistema de controlo depende exclusivamente del sistema de control de retroalimentación.

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1+GP ( s ) .G f ( s ) . Gc ( s ) . H l (S) Control anticipativo + realimentado. Aunque el control anticipado podría llevar al control perfecto, las desventajas antes anotadas hacen aconsejable que se combine el control anticipativo con el realimentado para que éste corrija por perturbaciones en el modelo de la planta y los cambios en los parámetros de los elementos del lazo de control.

Figura 8.Control de temperatura en un intercambiador de calor.

En este caso si el caudal es constante la señal procedente del controlador de temperatura pasa sin cambios hacia la válvula. En cambio sí se presentan variaciones en el caudal, la señal proveniente del controlador FeedForward correspondiente se suma o se resta, según el sentido de variación en la temperatura. Intercambiador FIC FT Controlador de temperatura. Controlador derivado Transmisor de flujo. De este modo, los cambios de carga en el caudal del producto son detectados y corregidos inmediatamente y compensan los cambios anticipados, que por esta causa, pudiesen producirse en la temperatura.

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Aplicaciones.

 Control preciso de temperatura de un horno. Se reduce la potencia cuando la temperatura ambiente (perturbación) aumenta. Gracias a este control se responde a las perturbaciones de la temperatura ambiente antes de que cambie la temperatura del horno.  Control de velocidad de crucero de un automóvil. Se aumenta la potencia del motor del automóvil cuando un sensor detecta una inclinación cuesta arriba (perturbación). En caso de cuesta abajo se reduce la potencia del motor.  Control de velocidad de un motor de corriente continua. Se mide la corriente consumida y se aumenta la tensión del motor al aumentar la corriente, para compensar la pérdida de velocidad.  Bobina de enrollado de material. Una bobina que enrolla material comienza con un diámetro pequeño y termina con un diámetro mucho mayor. Midiendo el diámetro (perturbación) se puede prealimentar a la bobina justo con la velocidad de giro necesaria para que enrolle el material. Al ser este un sistema de control en lazo abierto, tiene todas sus ventajas e inconvenientes. A continuación se enumeran algunas.

Figura 9. Aplicación típica de un control anticipado. CONCLUSIONES

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Los controladores tienen como ventaja que son de fácil manejo, son comúnmente utilizados en la industria y muestra muchos de los compromisos fundamentales inherentes a todas las soluciones de control. Sin embargo, también presenta una poca precisión; lo que hace que exista poca calidad con el producto terminado. Este nos permitirá una operación del proceso más fiable y sencilla, al encargarse de obtener unas condiciones de operación estables, y corregir toda desviación que se pudiera producir en ellas respecto a los valores de ajuste. Sistema de control en el que se miden una o más variables de entrada al proceso que pueden perturbar la variable controlada y se toma una acción de corrección en la variable manipulada a través del elemento final de control. Para el control anticipativo Se mide alguna variable que afecta la salida controlada y se crea un camino alternativo de la señal para intentar compensar el efecto que esta causa. (Es un control en malla abierta) Se puede afirmar que el control anticipativo es capaz de regir rápidamente el cambio dinámico, pero presenta un offset considerable a la salida.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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Estructuras

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control.

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