SINTONA DEL CONTROLADORProfesor: Ing. Armando Sarco Montielasarco@tecsup.edu.pe

Control y Automatizacin IndustrialSintona de Controladores

Sintonizar un controlador consiste en encontrar los parmetros correctos para su buen funcionamiento.Sintonizacin de PID

Sintona de Controladores

Objetivos:

Describir correctamente los mtodos usuales para sintonizar controladores.

Realizar el procedimiento de sintonizacin en Simulink.

Sintonizacin de un Controlador

Elegir adecuadamente sus parmetros de control

Tener en cuenta las caractersticas del proceso

Existen mtodos matemticos y empricos

El objetivo es mantener la estabilidad del proceso ante una perturbacin

Criterios de Rendimiento

Criterio del cuarto decaimiento:

Si un lazo est oscilando, cada desviacin pico de la seal de la variable controlada debera ser solamente la cuarta parte de la anterior en el mismo lado del set point.Este criterio no determina en forma absoluta que el lazo alcanzar la estabilidad.

Criterios de RendimientoCriterio del cuarto decaimiento:

Criterios de RendimientoSe debe sintonizar el controlador de modo que se cumpla el cuarto decaimiento, pero se debe tener en cuenta lo siguiente:

- Cambios en el set point- Cambios de carga

Criterios de RendimientoCriterios tericos y de simulacin de control

1. Integral del valor absoluto del error (IAE)

2. Integral del cuadrado del error (ISE)

Criterios de Rendimiento3. Integral del tiempo por el valor absoluto del error (ITAE)4. Integral del tiempo por el cuadrado del error (ITSE)

Sintona manual

Sintona en lazo abierto o curva de reaccin

Sintona en lazo cerrado o de sensibilidad lmite

Sintona por el mtodo del tanteo o prueba y error

Sintona en Lazo AbiertoCurva de ReaccinTD : tiempo muerto : constante de tiempo

Sintona en Lazo Abierto

Procedimiento:

-Colocar el controlador en modo manualAjustar la salida del controlador hasta que la variable medida est cerca de su punto de operacin normalSe cambia la salida del controlador en forma de escaln en aproximadamente 10% y se obtienen los parmetros KP, TD y a partir de la grfica

Sintona en Lazo AbiertoDeterminamos los parmetros del controladorModo P :

Modo PI :

Modo PID :

La razn entre TD y debe estar entre 0.1 y 1

Sintona en Lazo Abierto

Sintona en Lazo Abierto

Sintona en Lazo CerradoProcedimiento:

- Colocar el controlador en modo automtico sin accin integrativa y derivativa con baja gananciaAumentar gradualmente la ganancia hasta que el proceso oscile de modo continuo con amplitud constanteLa ganancia usada para obtener lo anterior se denomina ganancia lmite KcuSe mide el perodo de oscilacin Pu en minutos

Sintona en Lazo Cerrado

Sintona en Lazo CerradoDeterminamos los parmetros del controlador

Modo P:

Modo PI:

Modo PID:

Sintona en Lazo Cerrado Desventajas de este mtodo:

A veces es difcil controlar la amplitud de la oscilacin, por lo cual se debe de obtener una oscilacin con amplitud moderadaEn algunos casos una oscilacin sostenida no es toleradaSe requieren periodos largos de prueba

Sintona en Lazo Cerrado

Mejorando el mtodo

Controlador en modo automtico sin accin integrativa y derivativa con baja gananciaRealizar pruebas con escaln y con ganancias cada vez mas altas hasta lograr conseguir el cuarto decaimiento. Debera lograrse una estabilizacin alrededor del punto medio de las oscilaciones y medir el periodo Pq para el que se logra el cuarto decaimiento, luego Pu=0.9Pq

Sintona en Lazo Cerrado

Anotar la ganancia Kpq que produce el cuarto decaimiento, luego se obtiene Ku =1,67 Kpq

Luego calculamos los parmetros del controlador usando las relaciones anteriores

Sintona en Lazo Cerrado Optimizacin de los parmetros existentes

Controlador PI: si no se cumple esta relacin se debe ajustar Ti entre 1/2 y 2/3 del valor actual Controlador PID:

Especificaciones tcnicas

Sintona adaptivaUn controlador adaptivo es aquel que tiene el mecanismo para implementar una sintona automtica continua de los parmetros del mismo.Tipos de sintona:1. Sintona programada o ganancia programada (gain sheduling)2. Sintona por demanda o auto sintona (auto tuning)3. Sintona en lnea (self tuning)

Sintona programadaEl usuario define una variable de referencia, la cual puede ser: el set point, la variable del proceso, el error, la salida del controlador, el error, etc.

El usuario determina rangos de la variable de referencia con los respectivos parmetros del controladorrango ganancia reset derivativo 0-30% G1 R1 D130-70% G2 R2 D2 70-100% G3 R3 D3

2) Cuando la variable de referencia est dentro de los lmites especificados, los parmetros automticamente son ingresados al controlador.

Sintona programadaLos parmetros del controlador deben determinarse para muchas condiciones de operacin

El funcionamiento del sistema debe comprobarse mediante una gran cantidad de simulaciones

Es una tcnica muy utilizada para reducir los efectos de la variacin de los parmetros dinmicos de las plantas industriales

Sintona programada

Auto sintonaEs la automatizacin del mtodo de la curva de reaccin para la sintona de un controladorEl usuario debe dar una orden TUNE para que el controlador actualice los parmetros de sintona en forma automtica.

El controlador realiza automticamente lo siguiente:1) Pasa al modo manual2) la salida del controlador cambia en una cierta cantidad, la cual se ha ingresado previamente como un parmetro de configuracin

Auto sintona3) Los datos sern muestreados y almacenados hasta observar la respuesta completa (estos pueden ser alterados por el ruido)4) Se determina un modelo matemtico aproximado del proceso (no siempre es el mejor)5) Identificacin del sistema: se determinan los parmetros del proceso (tiempo muerto, constante de tiempo,ganancia del proceso). Puede existir un error en el clculo

Auto sintona

6) Diseo del controlador: se obtienen los parmetros de sintona del controlador7) Los valores tentativos son visualizados para ser confirmados por el usuario, quien tiene la decisin final.

Sintona en lneaUn programa auxiliar en el controlador evala Automticamente el comportamiento en lazo cerradoy calcula y modifica los parmetros de sintona cadavez que sea necesario.

Tipos de sintona en lnea:1) Sintona en lnea directa: El controlador mide el rendimiento de control directamente de los datos de entrada y salida

Sintona en lnea2) Sintona en lnea indirectaClculo de diseo procesoSupervisinEstimacin de parmetroscontrolador12

Sintona en lnea Opciones del usuario:

Deshabilitar la adaptacin completamenteHabilitar la adaptacin para cambios en el set pointHabilitar la adaptacin tanto para cambios en el set point como para cambios de cargaModo auto: La sintona en lnea est activada. Los parmetros del controlador son actualizados automticamente

Sintona en lnea Opciones del usuario:Modo de Monitoreo: Slo para visualizar, los parmetros del controlador no se cambianModo de Pre-sintona (Pre-tune): inicializar los parmetros del modelo del proceso y del controlador en el arranque, si el operador no pudiese suministrar ninguna informacin al controladorModo de auto sintona: la sintona se hace automticamente, cuando lo decide el usuario. La sintona es desconectada despus de ser completada