7_control_avanzado_con_variables_auxiliares.pptpor Pascual Campoy
Universidad Politécnica Madrid
Control Avanzado con variables auxiliares
• Control en cascada • Control anticipativo • Control selectivo • Control de rango partido
Control de una variable de salida con una variable manipulada, utilizando la medida de otras variables
Control de varias variables de salida con una variable manipulada
Control de una variable de salida mediante varias variables manipuladas
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Control en cascada: ejemplo
Control en cascada: concepto y estructura
• Concepto: controlar variables intermedias, corrigiendo el efecto de las perturbaciones que les afectan antes de que afecten a la salida
• Estructura:
Control en cascada: nomenclatura
Controlador maestro
Controlador esclavo
los controladores industriales suelen tener un mando para configurarlo como maestro o esclavo
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Control en cascada: características
• Objetivo: corregir los efectos de las perturbaciones en el
bucle interno (menos es eficaz para corregir los efectos de las
perturbaciones en el bucle externo) • Rango de validez:
– cuando la dinámica del lazo interno es mucho más rápida que la del lazo externo
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Control en cascada: sintonización
• 1º sintonizar el controlador interno – partiendo del modelo de la parte del proceso dentro
del lazo interno (normalmente de un PI) • 2º sintonizar el controlador maestro
– partiendo del modelo que incluye el lazo interno de control (rápido y sin error por usar un PI) y la parte del proceso fuera del lazo interno
G1(s) G2(s)GCS(s) y(t)yr(t)
Control en cascada: ejemplo …
Tagua
En el siguiente sistema: a) Diseñar y calcular una estructura de control en cascada b) Comparar su comportamiento respecto a un C.R.B. ante
cambios en en las perturbaciones y en la referencia
0.5 e-0.5s
… control en cascada: ejemplo …
+
KC = 3,6 tI = 1.65
… control en cascada: ejemplo …
• Sintonización del bucle externo
tablas Zieger-Nichols
3,6(1+ ) 1 1.65 sG CM(s)-
+Tr
… control en cascada: ejemplo …
tablas Zieger-Nichols
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P2
T
V1
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… control en cascada: ejemplo …
T
V1
P2
P2
T
V1
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Ejercicio: control en cascada
a) Diseñar una estructura de control en cascada de la altura H2 con el flujo F1 (2,5 puntos)
b) Calcular los controladores de la estructura anterior (2,5 puntos) c) Comparar los resultados de la estructura anterior respecto a un C.R.B. ante
un incremento de Fp al doble de su valor en equilibrio (comparar a evolución de H2 y de F1) (2,5 puntos)
d) Comparar los resultados de la estructura en cascada respecto a un C.R.B. ante un incremento cambio en la referencia de la altura H2ref que pasa a valer 6. (comparar a evolución de H2 y de F1) (2,5 puntos)
En el sistema de la figura, para el punto de equilibrio definido por A1=1, A2=7, F10=1, S10=0.2, S20=0.2, Fp=1, Fi=2, H10=1.275, H20=5.102, se obtiene las siguientes f.d.t.:
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AT
• Planteamiento
FT
Control Avanzado con variables auxiliares
• Control en cascada • Control anticipativo • Control selectivo • Control de rango partido
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Control anticipativo: ejemplo …
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GS(s)GCA(s)
dm(t)
• Idea: medir las perturbaciones y actuar sobre la entrada para corregir el efecto de aquellas
Control anticipativo: concepto y estructura
GC(s)+ -
+ yref(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.
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Control anticipativo: cálculo del controlador (1/2)
• Objetivo: anular o minimizar el efecto de la perturbación d(t)
GS(s)GCA(s)
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Control anticipativo: cálculo del controlador (2/2)
La f.d.t. teórica del C.A. que anula el efecto de la perturbación no siempre es realizable:
1. El tm de GCA(s) no es realizable cuando tmd<(tmp+tms): el efecto de d(t) no se anula, pero es tanto menor cuanto tmd-(tmp+tms)0
el efecto de d(t) no se anula, pero es tanto menor cuanto más parecida sean las dinámicas de GP(s)GS(s)) y GD(s)
2. Cuando nº ceros (GCA(s)) > nº polos (GCA(s)):
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… control anticipativo: ejemplo …
a) Diseñar y calcular un control anticipativo que minimice el efecto de Te b) Comparar los resultados respecto al C.R.B. ante cambios en la
referencia Tref y ante cambios en la perturbación Te (sin y con error en el modelado)
T
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… control anticipativo: ejemplo 1
T ante cambio en Te sin error de modelo
T ante cambio en Te error de modelo de 10% en todos los parámetros
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Ejercicio: control anticipativo
En el esquema de control en cascada de la figura se desea minimizar el efecto de las variaciones en la concentración de entrada CAe
AT
1+24s
-1,5 e-12s
1+30s
a) Diseñar en esquema de control usando la terminología ISA (2 punto) b) Diseñar en Simulink el sistema de control anterior (2 puntos) c) Calcular todos los bloques del anterior sistema de control (2 puntos) d) Calcular el bloque de C.A. proporcional (sin dinámica) (2 puntos) e) Comparar en un gráfico la evolución de CA sin usar el C.A, usando un
C.A. con dinámica y usando un C.A. proporcional (2 puntos)
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Control anticipativo de proporción: concepto y estructura
• Objetivo: controlar la proporción de dos flujos
FT
FC
F1
F2
• Esquema funcionamiento calderín vapor a turbina
agua a pared de agua mezcla
líquido-vapor agua de alimentación
Ejercicio control proporción
! " #
+=
+=
0
2 + 0.833T
1 +1.66T
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Ejercicio control proporción
a) Diseñar y calcular una estructura de control de T que incluya un control de proporción (5 puntos)
b) Comparar la estructura anterior con un CRB cuando F1 pasa a valer 11. Igualmente si además T1 disminuye a 8º (5 puntos)
F1 T1
F T
F2 T2
"
# $
%
& '
En el sistema de la figura F1 es una variable de perturbación, siendo F2 la única variable manipulada:
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Control Avanzado con variables auxiliares
• Control en cascada • Control anticipativo • Control selectivo • Control de rango partido
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Control selectivo: objetivo y estructura
• Objetivo: mantener "bajo control" varias variables de salida con una única variable de entrada – Controlar de forma selectiva una de las variables de
salida, mientras las otras variables de salida permanecen dentro de un determinado rango de valores.
G1(s)
G2(s)GC2(s)
GC1(s)
Selector
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Control selectivo: ejemplo 1
Control selectivo: ejemplo 2
Motor PT
PC Pr
Control Avanzado con variables auxiliares
• Control en cascada • Control anticipativo • Control selectivo • Control de rango partido
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Control de Gama Partida: Objetivo y estructura
• Objetivo: Controlar una salida con dos variables de entrada
G1(s)
G2(s)GC2(s)
GC1(s) +
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Control de Gama Partida: ejemplo Columna de destilación con aerocondensador y
antorcha de venteo
agua de refrigeración