Modelado e implementación de control a lazo cerrado por medio de
Anuncio
Modelado e implementación de control a lazo cerrado por medio de redes de comunicación de datos Mario Modesti Leonardo Salgado Pablo Savanco GIII Grupo de Investigaciones en Informática para la Ingeniería 1 Objetivos El proceso seleccionado es un horno de aplicaciones en un laboratorio químico cuyas caracteristicas din ámicas o perfil din ámico será relevado experimentalmente, para tal efecto se plantea en primera instancia el control local por medio de un PC con una tarjeta de I/O A/D de 10 bits de resolución a los efectos de proveer la lectura de la temperatura por medio de una termocupla tipo K y el control del actuador tipo calefactor resistivo por medio de un PWM. El horno es electrico y tiene un consumo de 865 W a 220 V de alimentación, lo que equivale a 56 Ohm aproximadamente de R Ohmica; se procederá a la evaluación de la planta aplicando un escalón de entrada para obtener el profile de la misma. 2 SIMULINK 3 SISOTOOL 4 SISOTOOL 5 Modelado de la planta n n n Análisis experimental Modelo matemático Verificación del modelo 6 Análisis experimental Adquisición experimental del perfil dinámico al escalón 1200 1000 800 600 400 200 0 1 129 257 385 513 641 769 897 1025 1153 1281 1409 1537 7 Modelo matemático ì t2 900 ï ï = = 2.18 ï ï 412 ï t1 í ï ï t 3 = 1 3 2 0 = 3.2 ï ï 412 ï t1 î ï ìï 3.5 -3 ïïwnt 3 = 3.5 \ wn = 1320 = 2.6510 ïí ïï 2.4 = 2.6610 -3 ïïwn t2 = 2.4 \ wn = 900 ïî 8 Verificación del modelo -3 ì ï ïwn = 2.6510 í ï î x = 1.2 ï G( S ) = wn2 7.02 1 0 -6 = 2 S + 2* x * wn S + wn ( S +1.3910-3 )( S + 4.9610 -3 ) 2 1200 1000 800 600 400 200 0 1 129 257 385 513 641 769 897 1025 1153 1281 1409 1537 9 Simulación de la planta en Simulink 10 Evaluación de Resultados Respuesta al escalón La pérdida de estabilidad del sistema es debida al aumento de la ganancia 11 Compensación del sistema 12 Uso de SISOTOOL 13 Si no compensamos... 14 Si no compensamos... 15 Evaluación de Resultados Respuesta al escalón 16 Evaluación de Resultados Respuesta a la rampa 17 Fundamentación Función plano S -->plano Z 18 Discretización Respuesta al escalón 19 Discretización Respuesta a la rampa 20 Síntesis del Compensador Mathematica 21 Retardos en Ethernet Estas experiencias realizadas con tres condiciones de carga diferentes puede tomarse como ejemplo del comportamiento de la red cuando se la accede de diferentes puntos a un mismo usuario . El protocolo TCP/ IP dispone de diferentes mecanismos de seguridad de datos que hacen que el sistema pueda tomar más tiempo cuando se producen colisiones. - Carga básica - Una carga extra - Dos cargas extras A los efectos de obtener el modelo se puede considerar 200 mS como un retardo posible sin considerar la variabilidad por efecto de la carga de la red. 22 Modelo de teleproceso t ksc Retardo de eomunicación entre el sensor y el control tkc t ca k Retardo computacional del control tk = tksc +t kc + t kca Retardo de comunicación entre el control y el actuador 23 Incorporación de los retardos de red Retardo de 200mS Retardo de 5 S 24 Modelización de los retardos e-Sr = 1 + (-Sr ) + (-Sr ) 2! 2 (-Sr ) 3 + 3! (-Sr ) n + ............. + Sr < ¥ n! Aproximación de Pade e -Sr » e -Sr » Sr 2 Sr 1+ 2 1- Sr 0.2 S 12 = 2 = 1- 0.1S =-0.1S +1 -S -10 Sr 0.2 S 1+ 0.1S 0.1S + 1 S + 10 1+ 1+ 2 2 1- 25 Aproximación con retardos Retardo 200 mSeg Retardo 5 Seg 26 Compensación del sistema con retardos 27 Síntesis del modelo de control local 28 Síntesis del modelo de control vía Red 29 Implementación del sistema Desarrollo de Hardware & Software 30 Introducción n n n El desarrollo se basa en el control de un proceso, que en nuestro caso, se trata en el control a lazo cerrado de un horno de probetas Para llevar a cabo el control del proceso es necesario contar con herramientas de hardware y software apropiadas para adquirir datos, alimentar el sistema, implementar filtros,etc. En el ámbito del teleproceso es necesario contar con el control de nuestro sistema desde cualquier parte mediante el uso de redes de comunicación 31 Propuesta de hardware 32 Teleproceso a lazo cerrado 33 Diagrama de Bloques 34 Horno n n Es un dispositivo, cuyo interior está dotado de velas resistivas forradas en cerámica y fibra de cerámica como aislante entre las velas y el exterior. Potencia = 865 W a 220 V. 35 Control y Supervisión 36 Filtros 37 Curvas de Temperatura 38 Resultados experimentales n n Respuesta a un escalón. Respuesta a una rampa aplicando un filtro. 39 Resultados experimentales 40 Expandiendo el Software n Una vez terminado el control del proceso en modo local, ampliaremos nuestros estudios en la búsqueda de un modo de control en forma remota, para ello necesitaremos de una red de conexionado entre la maquina local y la remota. Tomando como base una red Ethernet o la internet. 41 Conexión de modo remoto 42
