Control Automatico Industrial

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Proceso de Control Automático Industrial

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  • CONTROL AUTOMTICO INDUSTRIAL

    Prof. Pedro Palma Abril 2014

  • CONTROL LAZO ABIETO

  • Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la accin de control es independiente de la salida.

  • CONTROL LAZO ABIERTO

  • CONTROL LAZO CERRADO

  • CONTROL LAZO CERRADO

    Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la accin de control es en cierto modo dependiente de la salida. Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:

    a) La habilidad que stos tienen para ejecutar una accin con exactitud est determinada por su calibracin. Calibrar significa establecer o restablecer una relacin entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

    b) Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad, que presentan los de lazo cerrado. Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comnmente sistemas de control por realimentacin (o retroaccin).

  • CONTROL LAZO CERRADO

  • CONTROL LAZO CERRADO

  • CONTROL LAZO CERRADO

  • MODOS DE CONTROL AUTOMTICOS

    TIPOS DE RESPUESTAS DE CONTROLADOR. La primera y ms bsica caracterstica de la

    respuesta del controlador ha sido indicada como la accin directa o reversa. Una vez que esta distincin se ha llevado a cabo, existen varios tipos de respuestas que pueden ser usadas para controlar un proceso, estas son:

    Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

    Control Proporcional Accin Integral (Reset) Accin Derivativa

  • Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

  • Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

  • Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

  • Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

  • Control Si/No (ON/OFF ) Control de dos posiciones.

  • Control Proporcional

  • Control Proporcional

    Accin proporcional.

    La respuesta proporcional es la base de los tres modos de control, si los otros dos, accin integral (reset) y accin derivativa estn presentes, stos son sumados a la respuesta proporcional. Proporcional significa que el cambio presente en la salida del controlador es algn mltiplo del porcentaje de cambio en la medicin.

  • Este mltiplo es llamado ganancia del controlador. Para algunos controladores, la accin proporcional es ajustada por medio de tal ajuste de ganancia, mientras que para otros se usa una banda proporcional. Ambos tienen los mismos propsitos y efectos.

    Control Proporcional

  • Control Proporcional

    Control Proporcional

  • Control Proporcional

  • Control Proporcional

    La figura 7 ilustra la respuesta de un controlador proporcional por medio de un indicador de entrada/salida pivotando en una de estas posiciones. Con el pvot en el centro entre la entrada y la salida dentro del grfico, un cambio del 100% en la medicin es requerido para obtener un 100% de cambio en la salida, o un desplazamiento completo de la vlvula. Un controlador ajustado para responder de sta manera se dice que tiene una banda proporcional del 100%.

  • Cuando el pvot es hacia la mano derecha, la medicin de la entrada debera tener un cambio del 200% para poder obtener un cambio de salida completo desde el 0% al 100%, esto es una banda proporcional del 200%. Finalmente, si el pvot estuviera en la posicin de la mano izquierda y si la medicin se moviera slo cerca del 50% de la escala, la salida

    Control Proporcional

  • cambiara 100% en la escala. Esto es un valor de banda proporcional del 50%. Por lo tanto, cuanto mas chica sea la banda proporcional, menor ser la cantidad que la medicin debe cambiar para el mismo tamao de cambio en la medicin. O, en otras palabras, menor banda proporcional implica mayor cambio de salida para el mismo tamao de medicin. Esta misma relacin est representada por la figura siguiente.

    Control Proporcional

  • Control Proporcional

  • Este grfico (figura 8) muestra cmo la salida del controlador responder a medida que la medicin se desva del valor de consigna. Cada lnea sobre el grfico representa un ajuste particular de la banda proporcional. Dos propiedades bsicas del control proporcional pueden ser observadas a partir de ste grfico:

    Por cada valor de la banda proporcional toda vez que la medicin se iguala al valor de consigna, la salida es del 50%.

    Control Proporcional

  • Control Proporcional Para una accin de control proporcional, la

    relacin entre la salida del controlador,

    m(t) y la seal de error, e(t) es:

    O bien, en cantidades transformadas por el mtodo de Laplace,

  • Control Proporcional

    Siendo Kc, la ganancia proporcional del controlador. Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de la potencia de operacin, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable.

  • Control Proporcional

  • Control Integral

    En una accin de control integral, la rapidez de cambio en la respuesta del controlador, m(t) es proporcional al error, e(t), es decir.

    (1)

    (2)

  • Control Integral

    En donde Kc, es una constante ajustable. La funcin de transferencia del controlador integral es:

    (3)

  • Control Integral

    A partir de la ecuacin (1) de deduce que si, por ejemplo, se duplica el valor de

    e(t), el valor de m(t) vara dos veces ms rpido y a partir de la ecuacin (2) se explica que cuando el error se hace igual a cero, el valor de m(t) permanece constante.

    En ocasiones, la accin de control integral se denomina Control de Reajuste (Reset)

  • Control Integral

    La ilustracin grfica de la accin integral se muestra en la Figura siguiente construida con el archivo integ.m. Se asigna una ganancia de 0.5 al controlador integral y se considera tanto a la vlvula como el sensor como sistemas de ganancia pura con valor de 1. El sistema utilizado es de segundo orden con ganancia de 1/8 y dos polos con valores de -1/2 y -1/4 y la variable de entrada se perturba con un cambio paso unitario

  • Control Integral

    La Figura siguiente muestra que en un controlador de accin integral, con parmetros apropiados, el error que se alimenta alcanza un valor de cero y la respuesta correspondiente del controlador se mantiene constante. Observe que el valor de la seal de salida del controlador en un instante cualquiera es el rea debajo de la curva de error, es decir, la integral o sumatoria de errores hasta el instante en consideracin. La variable de proceso se estabiliza en un valor sin diferencia con respecto al valor de la variable deseada del proceso, es decir, sin error en estado estacionario. La accin de control integral ha eliminado el error observado en la respuesta del controlador proporcional pero puede conducir a una respuesta oscilatoria de amplitud decreciente lenta o, incluso, de amplitud creciente y ambos casos, por lo general, se consideran inconvenientes

  • Control Integral

  • Proporcional Integral

    La accin de control proporcional integral, PI, se define mediante la ecuacin,

  • Proporcional Integral

    O la funcin de transferencia del controlador es

  • Proporcional Integral Siendo Kc la ganancia proporcional y I el denominado tiempo integral. Tanto

    Kc

    como I son ajustables.

    Significado del tiempo integral

    El tiempo integral ajusta la accin de control integral, mientras que un cambio en el valor de Kc afecta las partes integral y proporcional de la accin de control.

    El inverso del tiempo integral se denomina velocidad de reajuste. La velocidad de reajuste es la cantidad de veces por minuto que se duplica la parte proporcional de la accin de control.

    La velocidad de reajuste se mide en trminos de las repeticiones por minuto. La Figura siguiente muestra los perfiles de las acciones proporcional y proporcional-integral de un controlador para un cambio paso unitario en el error de Entrada.

  • Proporcional Integral

  • Proporcional Integral

    Se deduce que la accin proporcional hace una amplificacin constante del error alimentado de acuerdo a su ganancia (2). Para el controlador proporcional e integral, la respuesta inicial es igual a la ganancia proporcional y esta respuesta se repite sumada para perodos de tiempo igual al tiempo integral (1). La Figura anterior es construida con el archivo accpropinteg.m.

  • Proporcional Integral

    Error y Respuesta en una accin proporcional integral.

    La ilustracin grfica de la accin proporcional e integral dentro de un lazo de control se muestra en las Figuras siguiente y subsiguiente construidas con el archivo propinteg.m.

  • Proporcional Integral

  • Proporcional Integral

    Se utiliza el mismo sistema empleado para los casos anteriores y se asigna un valor de 2 para la ganancia del controlador y un tiempo integral de 1. Con acciones de control proporcional e integral no hay error en estado estable (offset) y la respuesta del controlador es estable y diferente de cero.

  • Proporcional Integral

    En la Figura siguiente se muestran las respuestas del lazo de control con accin solo proporcional y con acciones proporcional e integral. Nuevamente, se observa que la accin de control integral ha eliminado el error en estado estable que resulta en la respuesta del controlador proporcional pero condujo a una respuesta oscilatoria de amplitud decreciente lenta, lo que puede resultar inconvenient