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PROCESOS Y CONTROL Laboratorio Nº 09

Sintonía: Método Heurístico

Sección: B Grupo: 1,2,3,4 Alumnos: Luis Diego Córdova Vente Luis Rodrigo Chávez Pineda Vagnert Alexander Alva Rojas Ederson Quevedo Garcia Realizado: 10 de octubre Presentado: 24 de octubre

2019 1

OBJETIVOS 1.

Sintonizar el controlador en los modos: P, PI, PD y PID utilizando los métodos: - Tanteo. - Curva de Reacción. Laboratorio 04 - Banda Proporcional Límite. Laboratorio 05

2. Utilizar como parámetros de evaluación de sintonía: - Offset, tiempo de establecimiento (tS), overshoot, razón de decaimiento, periodo de oscilación (T). - Integral del: valor absoluto del error (IAE), del cuadrado del error (ISE), del error absoluto por el tiempo (ITAE) o del cuadrado del error por el tiempo (ITSE).

INTRODUCCIÓN La sintonía de un controlador consiste en calcular los parámetros del controlador, los cuales son: la ganancia, el tiempo integrativo y el tiempo derivativo. Luego es necesario probar si el controlador esta bien sintonizado, para lo cual debemos generar una perturbación o un cambio en el set point y debemos analizar el comportamiento de la variable controlada, esto se obtiene evaluando las especificaciones técnicas que requiere el proceso. Estas especificaciones son: El overshoot, el tiempo de establecimiento, el cuarto decaimiento, el error de estado estable y el periodo de oscilación. Para sintonizar un controlador utilizaremos tres métodos los cuales son: El método del tanteo, el método de la curva de reacción y el método de la ganancia limite En el diagrama de bloques presentado en la figura 1, se muestra el las componentes de un sistema de control automático, donde se analizará el comportamiento de la salida del controlador OUT en función del error E.

Figura 1. Sistema de control automático El objetivo del controlador es mantener una variable del proceso PV igual al set point o valor de referencia SP, para lo cual, el controlador varía su salida OUT, también llamada señal de control, según la siguiente relación

Donde 2

: Ganancia del controlador

: Tiempo integrativo : Tiempo derivativo : Error

Error de estado estable: ess =SP – PVfinal Error porcentual de estado estable: ess(%) =100%* (SP – PVfinal)/(∆SP) Sobre impulso (overshoot): Overshoot=PVmax – SP Sobre impulso porcentual: Overshoot(%)=100%*(PVmax – SP)/( ∆SP) Razón de decaimiento = b/a Periodo de oscilación: T Tiempo de establecimiento: ts IAE: integral del valor absoluto del error

MARCO TEÓRICO Control Proporcional. La función de transferencia entre la salida del controlador u(t) y la señal de error e(t) es:

Donde KP se denomina ganancia proporcional. Otro parámetro importante en la acción de este controlador es la denominada banda proporcional que expresa que tan grande será la acción de control ante una señal de error en la entrada, y es igual a:

3

Control Proporcional – Integral. El valor de salida del controlador proporcional varía en razón proporcional al tiempo en que ha permanecido el error y la magnitud del mismo, su función de transferencia es:

Donde KP es la ganancia proporcional y TN se denomina tiempo de acción integral. Ambos valores son ajustables. El tiempo integral regula la velocidad de acción de control, mientras que una modificación en KP afecta tanto a la parte integral como a la parte proporcional de la acción de control. Control Proporcional – Derivativo. Por lo general, una gran pendiente en e(t) en un sistema lineal correspondiente a una entrada escalón considerable produce un gran sobreimpulso en la variable controlada. El control derivativo mide la pendiente instantánea de e(t), prediciendo que tan grande será el sobreimpulso aplicando las correcciones apropiadas antes de que se presente ese sobreimpulso. La función de transferencia del control PD es:

Donde TV se denomina duración predicha.

Control Proporcional – Integral – Derivativo. Esta combinación tiene la ventaja de que cada una de las tres acciones de control son Individuales. La función de transferencia es:

Preparación Para realizar esta experiencia debemos prepararnos leyendo los capítulos correspondientes a sintonía de un controlador del texto de Control Automático de los autores Smith – Corripio.

Equipos y Materiales

4

-

PC

-

Software PC Controlab 2.

PROCEDIMIENTO I. Método del Tanteo o Heurístico (Prueba y Error) a) Modo P En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control Donde Kc es la ganancia del controlador, MR es el denominado MAN RESET (Manual Reset: reset manual). Este parámetro nos permite reducir el error e(t) entre el SP (Set Point) y la PV (Process Variable). Cuando e(t)=0, MR tiene un valor igual a la salida del controlador OUT. En el menú Process elegir Select Model, seleccionar el proceso “Generic”. Ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en Controller Type seleccionar Proportional Only Ponga el controlador en Auto. a) Seleccione TUNE y anote los valores de la ganancia del controlador (GAIN) y Man Reset (MR). GAIN=1

MR=35

b) Seleccione SP e ingrese el nuevo valor del set point en new SP: 40 , luego presione en OK Esperar que PV se estabilice. Luego seleccione View/Data Monitor y anote: PV=45

SP=40

OUT=30

Calcular el valor del error de estado estable: ess=SP – PV = - 5 Verificar que se cumple la siguiente relación: OUT=KC(SP – PV) + MR Donde KC es igual a la ganancia del controlador

c) Ajuste el valor de MR hasta obtener un error igual a cero. Tener presente que para obtener un error igual a cero, se debe cumplir que MR = OUT. Luego anote: PV = 40.08

5

OUT = 26.7

MR = 26.8

d) Para producir una perturbación (LOAD), presione una vez en StepIncr, y espere que PV se estabilice, luego evalúe el error de estado estable ess = 2.90

6

e) Regrese LOAD al valor inicial, presionando una vez en StepDcr f)

Seleccionar PAUSE luego en TUNE cambie el valor de la ganancia del controlador GAIN a 5. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE; luego presione [shift]+ [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, después seleccione RUN y espere a que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

g) Repetir el procedimiento anterior (f) incrementando gradualmente el valor de la ganancia del controlador KC hasta conseguir una razón de decaimiento de 0,25. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1.

Tabla 1. Modo P 7

b) Modo PI En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control

Estando en el modo P cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero. Luego ponga el controlador en MANUAL y en el menú Control elegir Control Options y en Controller Type seleccionar PID, Non-Intract. Ponga el controlador en AUTO a) Seleccione TUNE y verifique que el tiempo derivativo (DERIV) es igual a cero b) Seleccionar PAUSE; luego en TUNE considere la ganancia que en el modo P nos da una razón de decaimiento igual a 0.25 y un tiempo integrativo Ti (RESET) igual a 20. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [shift]+ [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 2. c) Repetir el procedimiento anterior (c) disminuyendo gradualmente los valores de la ganancia del controlador KC y el tiempo integrativo Ti hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 2.

Tabla 2. Modo PI

8

c) Modo PD En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control

Estando en el modo PI cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego seleccione TUNE y en options deshabilite la acción integral, en reset action seleccione off

a) Seleccionar PAUSE luego en TUNE considere la ganancia que en el modo P nos da una razón de decaimiento igual a 0.25 y un tiempo derivativo Td (DERIV) igual a 1. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [shift]+ [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3.

b) Repetir el procedimiento anterior (a) aumentando gradualmente los valores de la ganancia del controlador KC y el tiempo derivativo Td hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3.

Tabla 3. Modo PD

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d) Modo PID En este modo la salida del controlador sigue la siguiente ley de control

Estando en el modo PD cambie el set point a 40 y espere que PV se estabilice y el error sea igual a cero, luego seleccione TUNE y en options habilite la acción integral, en reset action seleccione on

a) Seleccionar PAUSE luego en TUNE considere la ganancia que en el modo P da una razón de decaimiento igual a 0.25 y el tiempo integrativo T i (RESET) que en el modo PI nos dio el mejor resultado y el tiempo derivativo T d (DERIV) que el modo PD nos dio el mejor resultado. En View/Display Performance Criteria seleccione IAE, luego presione [shift]+ [F1]. Cambiar SP de 40 a 50, luego seleccione RUN y espere que PV se estabilice. Anote los resultados obtenidos en la tabla 4.

b) Repetir el procedimiento anterior (b) aumentando gradualmente los valores de la ganancia del controlador KC y el tiempo derivativo Td y disminuyendo gradualmente el tiempo integrativo Ti hasta conseguir el menor tiempo de establecimiento. Anote los resultados obtenidos en la tabla 4.

Tabla 4. Modo PID

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Comparación de los modos. Completar en la tabla 5 los mejores resultados obtenidos en los diferentes modos de control.

Tabla 5. Comparación de modos

CONCLUSIONES

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OBSERVACIONES

BIBLIOGRAFÍA

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Rúbrica de Informe de laboratorio (1) Criterios

Calificaciones

Ptos.

Objetivos 4.0 ptos. Excelente Se cumplieron los objetivos del laboratorio. Se ha comprendido el propósito del laboratorio. El informe es claro y refleja lo realizado en el laboratorio.

3.0 ptos. Bueno Se cumplieron parcialmente los objetivos del laboratorio. El informe no es claro y falta realizar algunas partes.

2.0 ptos. Requiere mejora No se ha cumplido el objetivo del laboratorio. El informe es solo una recolección de datos del laboratorio.

1.0 ptos. No aceptable No se ha cumplido el objetivo del laboratorio. El informe es pobre o deficiente.

4.0

Participación 4.0 ptos. Excelente Se integró al equipo promoviendo la participación activa de los demás participantes. Coordinó las tareas a realizar en el laboratorio. Utilizó bien el tiempo en el laboratorio y centró la atención en la experiencia

3.0 ptos. Bueno Se centró en la experiencia la mayor parte del tiempo. Coordinó algunas veces con su equipo.

2.0 ptos. Requiere mejora Hizo el laboratorio, pero no parecía muy interesado. No coordinó con su equipo.

1.0 ptos. No aceptable La participación fue mínima o el estudiante realizaba otras actividades. Se desatendió del grupo.

4.0 ptos. Excelente Presentación profesional y completa de los datos del laboratorio en tablas y/o gráficos. Los gráficos y las tablas están numerados y titulados.

3.0 ptos. Bueno Presentación incompleta de los datos de laboratorio en tablas y/o gráficos. Los gráficos y las tablas están incompletas o parcialmente numerados y/o titulados.

2.0 ptos. Requiere mejora Faltan datos del laboratorio, gráficos y/o tablas. Los gráficos y las tablas están parcialmente numerados y/o titulados.

1.0 ptos. No aceptable No se muestran los datos del laboratorio, son inexactos o no corresponden con la experiencia.

4.0

Datos

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4.0

Análisis 4.0 ptos. Excelente Realiza un análisis de los datos y las gráficas obtenidas en el laboratorio. Contrasta lo obtenido con la teoría respectiva y se mencionan posibles fuentes de error. Hace predicciones según los datos obtenidos.

3.0 ptos. Bueno Se realiza un análisis de los datos y las gráficas obtenidas en el laboratorio.

2.0 ptos. Requiere mejora Se hace un análisis pobre o teórico. No considera todos los datos obtenidos en el laboratorio.

1.0 ptos. No aceptable No se realiza ningún análisis de los datos y gráficas obtenidas en el laboratorio.

2.0 ptos. Requiere mejora Las conclusiones solo describen lo que se hizo en la experiencia, no están numeradas y no hacen referencia a datos ni gráficos obtenidos en el laboratorio.

1.0 ptos. No aceptable No hay conclusión incluida en el informe, es muy pobre, de poca relevancia o no se deriva de lo realizado en la experiencia.

4.0

Conclusión 4.0 ptos. Excelente Las conclusiones están numeradas, hacen referencia a los datos obtenidos y gráficos realizados en el laboratorio. Plantea soluciones a posibles fuentes de error. Sugiere cambios a la experiencia.

Puntos totales: 20.0

14

3.0 ptos. Bueno Las conclusiones están numeradas, incluyen referencias a los datos y gráficas obtenidas en el laboratorio. Resumen lo que se aprendió en la experiencia.

4.0