Cap_11_introducción Al Control Automatico

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INSTRUMENTACIN DE PLANTAS

INSTRUMENTACIN DE PLANTASPONENTE:M.Sc. DENIS LEON

XXXXXXXXXXXXXXXXXCAPTULO 11 INTRODUCCIN AL CONTROL AUTOMATICOINTRODUCCINCONTROL.- Accin o conjunto de acciones que buscan conformar una magnitud variable, o conjunto de magnitudes variables , en un patrn determinado.INTRODUCCIN

JERARQUA DE CONTROL

TERMINOLOGA DE CONTROL AUTOMTICO

CV2 o CV3

Principios Bsicos

+-Presin o NivelDeseadosI/PProcesoTransmisor de Nivel o presin4-20mA4-20mA3-15PsiPresin o NivelProcesadosSistemas de control en lazo cerrado7TERMINOLOGA DE CONTROL AUTOMTICO

SISTEMAS DE CONTROL.- Arreglo de dispositivos cuya finalidad es mantener un proceso dado, dentro de un patrn de comportamiento predeterminado.

LAZO ABIERTO es aquella en los que la decisin y la accin, se realiza con la intervencin del elemento humano

LAZO CERRADOEN LOS CIRCUITO CERRADOS TODAS LAS ETAPASNECESARIAS PARA EL CONTROL, SONREALIZADAS POR DISPOSITIVOS Y EL ELEMENTOHUMANO SOLO SUPERVISA SU FUNCIONAMIENTOCARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE CONTROL RETROALIMENTADO

FUNCIN DE TRANSFERENCIA: se define como la relacin de la variable de salida de un proceso, sobre la entrada al mismo. Define las caractersticas de estado estacionario y dinmico, es decir, la respuesta total de un sistema que se describa mediante una ecuacin diferencial lineal y sus trminos determinan si el sistema es estable o no.

ESTABILIDAD: Un sistema es llamado estable si su salida es acotada para cualquier entrada acotada. La estabilidad de un sistema lineal se determina del anlisis de las races de la ecuacin caracterstica y es equivalente a plantear en el plano-s la localizacin de polos:

DISTURBIO.- Cualquier cambio en el proceso que afecta adversamente la cantidad o variable controlada. Ejemplos:

- Un disturbio en la cantidad o variable controlada Al controlar flujo cambia el caudal Al controlar nivel cambia la velocidad del flujo que sale del tanque Al controlar temperatura entra ms producto

- Cambio en la calidad del agente de control, tal como: La calidad del vapor cambia

- Cambio de las condiciones ambientales Combustin Cambia la temperatura del aire exteriorEl proceso ha sido definido como un cambio qumico o fsico o de conversin de energa. Las estrategias de control sirven para controlar estos cambios.

Pocos procesos son instantneos: Casi todos requieren algn tiempo para que la salida complete su respuesta a un cambio en la entrada. Las respuestas dinmicas de la mayora de los procesos pueden ser representadas por combinaciones de dos elementos: retrasos de primer orden y tiempo muerto.DINMICA DEL PROCESO (RESPUESTA AL CAMBIO)PARAMETROS DE ESTABILIDAD:

GANANCIA

CONSTANTE DE TIEMPO

TIEMPO MUERTODINMICA DEL PROCESOGANANCIADefinida como el cambio en estado estable de la salida por una unidad de cambio en la entrada y define la sensibilidad del proceso.En una constante de tiempo se alcanza el 63.2% del cambio total y en consecuencia guarda relacin con la velocidad de respuesta de un proceso.CONSTANTE DE TIEMPO

Es el intervalo de tiempo en que una perturbacin entra al proceso y empieza a responder. Se conoce como tiempo muerto, retardo de tiempo o retardo de transporte.TIEMPO MUERTO

RETRASO DE PRIMER ORDEN

RETRASO DE PRIMER ORDEN MAS TIEMPO MUERTO

LA TEORIA DEL CONTROL AUTOMATICO DEFINE EN EXPRESIONES MATEMATICAS EL COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS DESDE EL ENFOQUE DE SUS INTERRELACIONES DINAMICAS.

EXISTEN DOS PRINCIPALES ENFOQUES DE ESTA TEORIA:

TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICO

TEORIA MODERNA DEL CONTROL AUTOMATICOTEORA DEL CONTROLAUTOMTICO

LA TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICOBASA SU DESARROLLO EN LA UTILIZACION YAJUSTE DE LA ACCION Y MODOS DE CONTROLDE LOS CONTROLADORESLOS MODOS DE CONTROL SON ALGORITMOS BAJO LOS CUALES OPERAN LOS CONTROLADORES, QUE FUNCIONAN DENTRO DE LO ESTABLECIDO POR LATEORIA CLASICA DEL CONTROL Y SON:

MODO PROPORCIONAL (P, DOS POSICIONES).

MODO INTEGRAL (I)

MODO DERIVATIVO (D).LA SEAL DE SALIDA (m(t)) ES PROPORCIONAL A LA SEAL DE ERROR PRESENTE EN EL SISTEMA (e(t)).MODO PROPORCIONALQUE SE TRANSFORMA A:DONDE:Kc.- Ganancia del controlador.Mo.- Constante de polarizacin del controlador.

EL EFECTO DE LA INTEGRAL SOBRE UNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DE DETERMINAR EL AREA BAJO LA CURVA DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CON RESPECTO A UNA REFERENCIA DADA.

EL MODO INTEGRAL AGREGA UN EFECTO EQUIVALENTE A LA INTEGRACION DEL ERROR DE LA CURVA DE REACCION DEL PROCESOMODO INTEGRAL (I)

EL EFECTO DE LA DERIVADA SOBRE UNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DE DETERMINAR LA RAZON DE CAMBIO DE LA CURVA DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CON RESPECTO A UNA VARIABLE DADA.

EL CONTROL DERIVATIVO ANTICIPA EL EFECTO DE CORRECCION, DE MANERA QUE SE CONTRARRESTE EL TIEMPO MUERTOMODO DERIVATIVO (D)EL CONTROL DERIVATIVO "DETECTA LA RAZON DE CAMBIO DEL ERROR (PENDIENTE), Y PROYECTA UN EFECTO MULTIPLICADO Td VECES, TAL QUE SE ANTICIPE AL EFECTO FUTURO DEL ERROR e(t).

Los modos PI son especficos cuando no existe tiempo muerto, los cambios de carga son moderados, y no se aceptan los efectos del corrimientoCONTROL PI

ESTE CONTROL ES EL QUE MEJOR SATISFACE LA MAYORIA DE LAS APLICACIONES INDUSTRIALES QUE NO TENGAN TIEMPO MUERTO.ES EL TIPO DE CONTROL MAS COMUNMENTE USADO, CON EL 85% DEL TOTAL.TIENE UNA RESPUESTA MUCHO MAYOR QUE EL CONTROL INTEGRAL SOLO Y TAMPOCO PRESENTA CORRIMIENTO.LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA SE DEMERITA.PUEDE GENERAR LA SATURACION DEL ELEMENTO FINAL.CARACTERISTICAS DEL CONTROL PI

CONTROL PD

ESTE CONTROL, ES CAPAZ DE SEGUIR CAMBIOS RAPIDOS EN LA VARIABLE DE PROCESO Y COMPENSAR RETRASOS EN TIEMPO.

DEGRADA SU ACCION EN PROCESOS RUIDOSOS.

CONSERVA EL CORRIMIENTO DEL MODO PROPORCIONAL, PERO MEJORA SU RESPUESTA.

EN GENERAL AUMENTA LA ESTABILIDAD DEL CIRCUITO.

SE PREFIERE EL USO DEL CONTROL PID EN LUGAR DEL PD.CARACTERISTICAS DEL CONTROL PDCONTROL PID

ESTA COMBINACION DE MODOS ES EL CONTROL CONVENCIONAL MAS COMPLEJO.MEJORA EL COMPORTAMIENTO, DE LOS CONTROLES DE DOS MODOS.COMPENSA LOS RETRASOS EN TIEMPO, DEBIDOS PRINCIPALMENTE A LA INSTRUMENTACION Y NO AL PROCESO, POR LA PRESENCIA DEL MODO DERIVATIVO.DEBIDO AL MODO INTEGRAL, ESTE CONTROL NO PRESENTA CORRIMIENTO PERO PUEDE SATURAR AL ELEMENTO FINAL.TIENDE A ESTABILIZAR AL SISTEMA. EL PRINCIPAL PROBLEMA ES SU SINTONIZACIN.EL 12% DE LOS CONTROLADORES SON PID, USADOS PRINCIPALMENTE EN CIRCUITOS DE TEMPERATURA, pH Y ANALISIS.CARACTERISTICAS DEL CONTROL PID

Modos bsicos de operacin de un controladorModo Manual/Automtico: Determina quien establece la salida del control: Manual:Operador, Auto: Algoritmo de control

Modo Local/Remoto: Determina quien establece el setpoint del controlador Local:Desde el panel, Remoto: otro dispositivo

Modo directo/Inverso: Determina si al 100% de la salida su valor normalizado es mximo (directo) o mnimo (inverso)Es el hecho de encontrar los parmetros ptimos del controlador (Ganancia proporcional, tiempo de integral y tiempo de derivativa)

Cmo Sintonizo?

Existen tcnicas analticas, pero tambin existen tcnicas empricas como Ziegler-NicholsSintonizacin?Ziegler-NicholsProcedimiento:

Colocar el Controlador en modo Auto con una ganancia proporcional pequea, y las ganancias integral y derivativa en cero.

Aumentar la ganancia proporcional hasta obligar a la planta a tener una oscilacin sostenida.Oscilacin sostenida

Ziegler-NicholsMedir el periodo de la oscilacin y determinar con que ganancia proporcional se obtiene esta oscilacin, emplear las siguientes correlaciones:

Respuesta obtenida

MTODO DE LAS OSCILACIONESAMORTIGUADAS DE ZIEGLER-NICHOLSIncrementando la ganancia hasta encontrar una respuesta de un cuarto de decamiento (la oscilacin tiene 1/4 de la oscilacin anterior).

MTODO DE LA CURVA DE REACCIN DE COHEN-COONTrabajar en forma manual o lazo abierto para determinar la relacin de la salida con respecto a la entrada.

Introducir una funcin escaln de magnitud A en la variable u(t) obtenindose una curva de reaccin del proceso.

MTODO DE LA CURVA DE REACCIN DE COHEN-COON

Autosintonizacin?Qu es?

Es confiable?

Siempre esta disponible?

Cmo se usa?TEORA MODERNA DE CONTROLSe basa en la notacin de estado, utilizada en el estudio de la Mecnica Dinmica y es una manera conveniente de representar sistemas de ecuaciones diferenciales de orden "n (acopladas o no acopladas), de tal forma quesean expresadas como ecuaciones de vectoresmatrices, permitiendo ser manipulados, transformados y estudiados mediante procedimientos sencillos de lgebra lineal, con lo que permiti mejorar el desempeo de los Modelos Matemticos y manejar modelos MIMO (Entradas Mltiples-Salidas Mltiples).Ecuacin de estado del control:x(t) es el vector de las variables de estado (de magnitud n x 1)u(t) es el vector de las variables manipuladas (de magnitud m x 1y(t) es el vector de las variables de salida (de magnitud j x 1)A es la matriz de parmetros de estado (de magnitud n x n)B es la matriz de parmetros de entrada (de magnitud m x m)C es la matriz de parmetros de salida (de magnitud j x j)