TEMA 3: CONTROL AVANZADO CON VARIABLES - ELAI-UPM

TEMA 3: CONTROL AVANZADO CON VARIABLES AUXILIARES
•Técnicas del CRA: más de una variable
manipulada/controlada/perturbación
Contenido:
3.1 Introducción
3.2 Control en cascada
3.3 Control anticipativo
•Anticipativo incremental.
•Anticipativo estático.
•Control de proporción.
3.4 Control selectivo o control con restricciones.
3.5 Control de gama partida
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TEMA 3: CONTROL AVANZADO CON VARIABLES AUXILIARES
3.1. INTRODUCCION
•Control en Cascada.
•Control anticipativo.
anticipativo.
•Control selectivo
•Control de gama partida
Control de una variable de
salida y una variable
manipulada, utilizando la
medición de varias variables
(internas o perturbación)
Control de varias variables
de salida mediante una
variable manipulada
Control de una variable de
salida mediante varias
variables manipuladas.
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3.2. CONTROL EN CASCADA
•Principio de funcionamiento:
Controlar rápidamente las variables intermedias corrigiendo el
efecto de las perturbaciones de entrada antes de que estas
afecten a la salida del proceso.
•Estructura:
Lazos de control por realimentación anidados.
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3.2. CONTROL EN CASCADA
•Nomenclatura
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3.2. CONTROL EN CASCADA
•Procesos a los que es aplicable:
•La dinámica del lazo interno debe ser mucho más rápida
que el lazo externo.
•En cualquier caso no hay empeoramiento (hay mejora) si
la dinámica fuera similar.
•Excepción (rara): interacción, resonancia.
•Estructura muy utilizada:
Los controladores industriales tienen estradas y modos
específicos para que funcionen como maestros o como
esclavos (master/slave).
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3.2. CONTROL EN CASCADA
Sintonización del controlador:
1. Sintonización del controlador esclavo:
• Modelo del proceso afectado por este lazo de
control. (solo una parte del proceso).
• Al ser un proceso rápido, lo normal es utilizar
un PI. (Necesitamos precisión, no más
rapidez)
2. Sintonización del controlador maestro:
• Obtenemos un modelo del conjunto
secundario (en automático) y lo agregamos al
modelo del proceso.
• Diseñamos el regulador maestro sobre este
sistema equivalente.
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3.2. CONTROL EN CASCADA
Ejemplo Caldera. (Sin perturbación):
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3.2. CONTROL EN CASCADA
Ejemplo Caldera. (Perturbación en P1):
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
•Objetivo:
El objetivo del control anticipativo es el de anular o
atenuar directamente el efecto de una perturbación
medible.
•Nomenclatura:
•Control anticipativo.
•Control en adelanto.
•Control por prealimentación.
Bajo estos nombres se esconden distintas estructuras
pero con la misma finalidad.
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
•Principio de funcionamiento:
•Medir las perturbaciones y actuar sobre la entrada
para corregir el efecto de aquellas.
•Necesario por tanto un modelo de cómo la
perturbación afecta a la salida.
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
•Teóricamente logra un control perfecto, pero en la
práctica no es 100% viable por:
•No es posible medir todas las perturbaciones
•Hay errores de medida en las variables
•No hay modelos perfectos del proceso
•No siempre se puede realizar la acción de control
calculada. (Anticipación excesiva por ser la
corrección más lenta que el efecto).
•Es un control en CA, por lo que hay que completarlo
con una realimentación del error.
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Anticipativo incremental
•Cálculo del controlador por aplicación del objetivo:
Anular el efecto de la perturbación.
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Intercambiador de Calor. (u(t)=0.1 d(t)=1)
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Intercambiador de Calor.
10% de error en el modelo de perturbación.
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Anticipativo estático
•Incremental demasiado estricto, y a menudo irrealizable
GD ( s ) = GD′ ( s )e −t md s
GP ( s ) = GP′ ( s )e
− t mp s
•Si la diferencia de tiempos muertos es pequeña
respecto de las constantes de tiempo… se anulan los
términos del retardo.
′
− GD ( s )
GF ( s ) =
′
GP ( s )
•Si no, se corrige el régimen permanente.
− GD ( s ) − K D
=
s − >0 G ( s)
KP
P
GKF ( s ) = lim
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Intercambiador de Calor. Anticipativo estático
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3.3. CONTROL ANTICIPATIVO
Control de proporción
•Tipo particular de control anticipativo
•Objetivo: Controlar una relación entre dos variables.
•Una de ellas hace el papel de perturbación, mientras
que la otra es panipulada para cumplir la relación.
•Es un control no lineal, salvo que la relación
permanezca constante.
Dos estructuras:
•Estructura 1: Calculo de la referencia para la variable
manipulada (multiplicador)
•Estructura 2: Control de la relación (divisor).
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3.3 CONTROL DE PROPORCION
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3.3 CONTROL DE PROPORCION
Prop+Realim
Realimentado
Proporcion
Z-N: Kc=0.032 Ti=60 Td=15
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3.3 CONTROL DE PROPORCION
Proporción variable
sp
FC
F
LT
LC
sp
FT
FC
FT
LL
Iso-Butano
AT
FT
Reflujo
Aliment.
FC
vapor
Aliment.
AC
sp
F
sp
FC
FT
LT
LL
LC
AC
sp
FC
FT
AT
Purgador de
condensado
Normal-butano
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3.4. CONTROL SELECTIVO
•Caracterizado por tener una variable manipulada y
varias a controlar.
•Falta de gdl para un control “estricto”.
•Objetivo:
Mantener “bajo control” varias variables de salida
con una sola variable de entrada.
•Principio de funcionamiento:
Controlar de forma selectiva una de las variables de
salida, mientras las otras variables de salida
permanecen dentro de un determinado rango de
valores.
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3.4. CONTROL SELECTIVO
•ESTRUCTURA:
•Control no lineal: sólo la idea… los algoritmos son muy
variables.
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3.4. CONTROL DE GAMA PARTIDA
•
•
Objetivo:
Controlar la evolución de una salida con dos o más
variables de entrada.
Características del sistema:
1. Existe una variable controlada y varias
manipuladas
2. Las variables manipuladas afectan a la variable
controlada
3. Existe un orden de prioridad en el uso de las
variables manipuladas.
•Estrategia: Utilizamos mientras
sea posible las variables
prioritarias, y cuando es necesario
utilizamos adicionalmente el resto
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3.4. CONTROL DE GAMA PARTIDA
•Estrategia: Utilizamos mientras sea posible las variables
prioritarias, y cuando es necesario utilizamos adicionalmente
el resto
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