CONTROL AUTOMTICO II

CONTROL AUTOMTICO IILABORATORIO N 8ESTRATEGIAS DE CONTROLControl en Cascada (Simulador)

INFORMEALUMNOS:NEIRA RIVEROS, Jorge Luis QUISPE VILA, Jean Carlos ROMERO CANCHERO, Luis MartnPROFESOR:ALVARADO ANDRADE, Manuel MartnGRUPO:C5 5 CFecha de realizacin: 9 de mayoFecha de entrega: 16 de mayo

2014 I

NDICEINTRODUCCIN3

OBJETIVOS3

RESULTADOS DE LABORATORIO4

1. Sintona del controlador secundario (cascada)4

2. Sintona del controlador primario5

3. Control en cascada6

4. Bypass del controlador secundario (cascada)7

APLICACIN 8

OBSERVACIONES9

CONCLUSIONES9

INTRODUCCINCuando queremos controlar un proceso, se nos viene instantneamente la idea de implementar un control en lazo cerrado con PID a nuestra cabeza, y esto se da porque casi el 80% de todos los procesos son controlables usando este mtodo, pero para el 20% restante, el control PID no es suficiente, es necesario usar otras estrategias de control. La estrategia de control ms usada es el Feedback, pero no es la nica. Existe el caso en el que una perturbacin interna del proceso provoca sobrepicos u overshoots, y la estrategia ideal para eliminar estos problemas es la de cascada, que consiste en dos controladores, uno maestro y otro esclavo, configurados para eliminar estos sobrepicos.En el presente laboratorio, simularemos el control en cascada en el software PCControlLab 2 y explicaremos los resultados, adems de obtener observaciones y conclusiones de la experiencia.

Los integrantes del grupo

OBJETIVOS Controlar un proceso utilizando las estrategias de casada. Sintonizar los controladores primario y secundario. Comparar la respuesta de la variable controlada usando control en cascada y usando solo control realimentado.

RESULTADOS DE LABORATORIO

1. Sintona del controlador secundario (cascada)Con el proceso General Process seleccionado, selecciones la estrategia de control Cascade. Anote los valores inciales.PV (%)SP (%)OUT (%)LOAD (%)

Primario52,5052,5028,0075

Secundario28,0028,0035,0055

Figura1.Proceso Cascada en PC ControLab 2.

Sintonice el controlador secundario con:Kc = 0,5Ti = 0,15 min/repTd = 0 min

Figura2. Parmetros para sintona del controlador secundario

2. Sintona del controlador primarioPonga el controlador secundario en cascada. Ponga el controlador primario en automtico. Sintonice el controlador primario con:Kc = 2Ti = 8 min/repTd = 0 min

Figura3. Parmetros para sintona del controlador primario.3. Control en CascadaSeleccionando el Secundarioincremente la Pcombustible (SLOAD) con StepIncr.

Figura4.Mx PPV dev = 0,26T = 3,10 sts = 18,50

POUT = S SP = 28S OUT=28,70

Regrese la Pcombustible(SLOAD) al valor inicial con StepDecr.

Figura5.

4. Bypass del Controlador Secundario (Cascada)Ponga el secundario en manual. En el men Control/Control Options: haga bypass al controlador secundario. Asegrese que el controlador primario est en automtico.Seleccionando el Secundario, Incremente la Pcombustible(SLOAD) con StepIncr.

Figura6.

Mx PPV dev =2,67T =14,40ts =29

Cuando se realiza el bypass del controlador secundario, el controlador primario realiza una estrategia de control Feedback, y observamos que el resultado de aumentarle su carga tiene un mayor sobrepico u Overshoot, y un tiempo de establecimiento mayor.

APLICACINControlador en cascadaPara este control se cuenta con dos funciones de transferencia, las cuales son G1 y G2; donde u afecta a una variable intermedia yi la cual, su vez, afecta a la variable que se desea controlar.yyiuG2G1

Nuestro objetivo es emplear control en cascada para el control a lazo cerrado del sistema representado por las siguientes funciones:

Un requisito importante para aplicacin del esquema de control en cascada presente ventajas sobre un controlador feeback puro, es que la respuesta dinmica de la planta G2 sea ms rpido que la correspondiente respuesta dinmica de la planta G1.Desarrollo de la experiencia:Como sabemos, la raz ms cercana al eje imaginario(o ms pequea en valor absoluto) del polinomio del denominador es la que denomina la respuesta dinmica de un sistema. En este caso la raz ms pequea de G1 es 0.1 y G2 es 1, ambas en valor absoluto. Por lo tanto, las constantes de tiempo aproximadamente de cada planta es:

Entonces, como , en principio el sistema dinmico en cuestin parece ser un en candidato para que, a travs del uso de control en cascada, se pueda obtener mejor desempeo del esquema de control que solo usando control feedback puro. En la figura se muestra la respuesta del sistema dinmico a lazo abierto cuando la entrada a cada planta experimienta un cambio escaln.

Figura 1. Respuesta a lazo abierto ante un cambio unitario de las plantas G1 y G2Para obtener dicha grfica implemente el siguiente cdigo%Programa que obtiene la repuesta a un escalopara G1 y G2%--------------------------------------------------------num1 = 0.2;den1=[1 2.1 1.2 0.1]; num2=1;den2=[1 2 1];G1=tf(num1,den1);G2=tf(num2,den2);t=0:0.2:60;[A(:,1),t] = step(G1,t);[A(:,2),t] = step(G2,t);plot (t,A(:,1),'.',t,A(:,2),'-')grid on;legend('Salida de G1','Salida de G2')title('Respuesta a un escalon de G1 y G2')xlabel('tiempo')ylabel('Amplitud')

Para disear el esquema de control en cascada empezaremos controlando primero la planta G2, lo cual implica disear primero el controlador esclavo. Como se dijo antes, para el control de la planta G2 se emplear control proporcional.El margen de ganancia para G2 es infinito, lo cual implica que, aunque en principio se pueda emplear cualquier valor de ganancia del controlador, sujeto solo a la restriccin de saturacin de la vlvula de control, disearemos este lazo de control para lograr un factor de amortiguamiento = 0.4. Del diagrama de lugar de las races obtenemos que para = 0.4 se debe usar una ganancia Kc =5. En la figura muestra la conducta dinmica a lazo cerrado de la planta G2.

OBSERVACIONES Cuando realizamos el control cascada, se observa en la Figura4., que el PV secundario sufre un cambio ante un Step increment casi despreciable, dando como resultado una casi nula variacin de PV primario. En el punto4 dndole el bypass al controlador, mostr un tiempo de establecimiento mayor al control cascada con un valor de 29 minutos. Al sintonizar los controladores, tanto primario como secundario, se ingres un Tderivativo de 0 minutos.

CONCLUSIONES Para valores de KC(Gain)=2 y td= 8min/rpt se logr sintonizar el controlador primario. Para realizar un control cascada, se debe de configurar la estructura del controlador secundario donde se indique que su entrada(SPsec.) no ser de un sensor; es ms, para indicar que este controlador ser el esclavo(Estructura1 en 4). En el controlador primario no se realiza ningn cambio con respecto a eso. En la comparacin entre el control cascada y el de bypass(realimentado), se concluye como es de fundamental la interaccin con el controlador secundario para que no se efecte una variacin considerable en el PV primario, tambin afectando el tiempo de establecimiento.

El propsito para usar el control en cascada es eliminar el efecto de las perturbaciones haciendo la respuesta de regulacin del sistema ms estable y ms rpido haciendo que se mejore la dinmica del proceso.