Diseño Y Simulación Mediante Proteus Isis De Un Control Pid En Un Sistema De Calefacción 6815u

Diseño y simulación mediante PROTEUS ISIS de un control PID en un s...

1 de 15

24th April 2012

http://colab-proteus.blogspot.com/2012/04/diseno-y-simulacion-mediant...

Diseño y simulación mediante PROTEUS ISIS de un control PID en un sistema de calefacción. PRESENTADO POR: Aristides Piñeres Ospino

Se tiene un horno, el cual debe trabajar a una temperatura de 120ºC aproximadamente. Para lograr la estabilidad del sistema se usa un controlador PID. Además, se debe utilizar el simulador PROTEUS para analizar el comportamiento del sistema en general. Para diseñar este sistema de control se puede utilizar el método de Ziegler-Nichols de lazo abierto. Con este método lo que se pretende es obtener un 25% del sobrepaso máximo a la respuesta escalón. Este método solo se puede utilizar si la respuesta de una planta ante una entrada escalón se aproxima a la respuesta de un sistema de primer orden ante la misma entrada.

[http://2.bp.blogspot.com/-x_mOcvpQO1k/T5YX70zWkUI /AAAAAAAAAl8/WhI5Ht8oWWk/s1600/1.png]

Por lo tanto, La función de transferencia de la planta se aproxima mediante un sistema de primer orden con un retardo de transporte.

[http://3.bp.blogspot.com/-yGgd9MAm8NA/T5YYRDrhtfI/AAAAAAAAAmE/4Xm_hszDe1A /s1600/2.png]

Donde L es el tiempo de retardo, T la constante de tiempo y K la ganancia estática de la planta. Estos parámetros vienen dados por las siguientes formulas:

14-06-2015 22:25


2 de 15


[http://2.bp.blogspot.com/-0W4qByx-NkQ/T5YZElwd2kI/AAAAAAAAAmM/dzwzopjh6aY/s1600/3.png]

[http://1.bp.blogspot.com/-2uWFiz4RO0I/T5YZUTqYMI/AAAAAAAAAmU/8ZD3WA4mzfs/s1600/4.png]

[http://1.bp.blogspot.com/-RYZ_ZtgFoj0/T5YZq66La0I/AAAAAAAAAmc/ujST92aF2do/s1600/5.png]

Ziegler y Nichols sugirieron establecer los valores de Kp, Ti y Td de acuerdo con la fórmulaque aparece en la siguiente tabla.

14-06-2015 22:25


3 de 15


[http://4.bp.blogspot.com/-EVbwuAR51U0/T5YaHqkGzEI/AAAAAAAAAmk/w9ybrtCTMWo/s1600/6.png]

Para el diseño, se debe verificar mediante PROTEUS, si el modelo matemático que describe el comportamiento del horno corresponde a la ecuación (1). En la categoría “transducers” existe un componente llamado “OVEN”

[http://4.bp.blogspot.com/-cXUSqwEFq7c/T5Ya5Hic1RI/AAAAAAAAAm0/1IH-7AcQekA/s1600 /8.png]

OVEN es un horno o sistema de calefacción que posee un sensor de temperatura llamado T, además se le pueden variar sus características funcionales tales como:Temperatura Ambiente de trabajo, resistencia térmica, constante de tiempo deestablecimiento, constante de tiempo de calentamiento, coeficiente de temperatura yPotencia de calentamiento. Opciones del componente “OVEN”

[http://3.bp.blogspot.com /-kfzCDn9TX5g/T5YbM9x4Z4I/AAAAAAAAAm8/BtDkdxvmzGw/s1600/9.png]

14-06-2015 22:25


4 de 15


[http://2.bp.blogspot.com/-gRLF_7KtxNc/T5YaYO6PbpI/AAAAAAAAAms/7xV9J2s-RFc/s1600/7.png]

El componente SWITCH permite introducir un retardo cualquiera a la respuesta del Horno ante una entrada escalón. El componente OVEN se configura de la siguiente manera:

Temperature Ambient (°C)= 25 ThermalResistencetoAmbient (°C/W)= 0.7, Resistencia térmica del sistema. Oven Time Constant (sec)= 10 constante de tiempo del horno. Para evitar largas simulaciones su valor se ajusta a 10 segundos. Heater Time Constant (sec)= 1Para evitar largas simulaciones su valor se ajusta a 1 segundos. Temperaturecoefficient (V/°C)= 1 sensibilidad del sensor T. Es decir ante una temperatura de trabajo del horno de 100ºC, T debe marca 100ºV. HeatingPower (W)= 120 Debido a los valores anteriores, la grafica INTERACTIVE ANALYSIS debe poseer un valor en “stop time” de 100 y El cambio en la señal de entrada escalón es de 0 a 2.

14-06-2015 22:25


5 de 15


Al realizar la simulación es el resultado es el siguiente:

[http://1.bp.blogspot.com/-_tMp8NfJwko/T5YcBORiNXI/AAAAAAAAAnE/wslBbBT430E/s1600/10.png]

Es claro que la anterior grafica se aproxima a un sistema de primer orden, por lo tanto la ecuación (1) puede describir el comportamiento del horno. Hallando los parámetro L, T, K, Kp, Ki, Kd. Analizando la grafica anterior se obtienen los siguientes datos:

14-06-2015 22:25


6 de 15


[http://3.bp.blogspot.com/-UgWy1T_V7ts/T5YcjwDVLkI/AAAAAAAAAnM/UmuxjR7uyqI/s1600/11.png]

[http://4.bp.blogspot.com /-MhkFFuCaPw0/T5Yc4sj4EaI/AAAAAAAAAnU/48_87WKUW2A/s1600/12.png]

14-06-2015 22:25


7 de 15


[http://1.bp.blogspot.com/-WgM364UysB4/T5YdOsi72HI/AAAAAAAAAnc/SWVoCQVFvwA/s1600/13.png]

[http://1.bp.blogspot.com/-tQ4WXyaNJKw/T5YdhZNIqRI/AAAAAAAAAnk/kNSOO1ZhE6Y/s1600/14.png]

14-06-2015 22:25


8 de 15


[http://3.bp.blogspot.com/-1U027OpMkSg /T5YdxrrXZDI/AAAAAAAAAns/w4i_eQiheRo/s1600/15.png]

diagrama de bloques del sistema de control.

[http://2.bp.blogspot.com/-BVZS-9FbvhA/T5YeTcR62iI/AAAAAAAAAn0/rpo5fvcAMFQ/s1600/16.png]

Topología del sistema de control. Una topología para el controlador PID electrónico puede ser el siguiente circuito:

14-06-2015 22:25


9 de 15


[http://3.bp.blogspot.com /-UukYs4Ce6aE/T5YexqNbGdI/AAAAAAAAAn8/qIjgfnb4Rj4/s1600/17.png]

[http://4.bp.blogspot.com/-dt0-QbYPBuc/T5YfGt99xhI/AAAAAAAAAoE/rfFiw7hiHnw/s1600/18.png]

14-06-2015 22:25



[http://1.bp.blogspot.com/-8DusYesmmSk/T5YfaDJYEkI/AAAAAAAAAoM/BEnYZ1xE6tk/s1600/19.png]

· El sumador mediante amplificador operacional

[http://3.bp.blogspot.com/-pf8F4QxK8q0/T5YftOfr31I /AAAAAAAAAoU/KyVLJDLzo9g/s1600/20.png]

[http://1.bp.blogspot.com/-cTi2AhbX8I4/T5Yf9P21alI/AAAAAAAAAoc/btV79SZf8uI/s1600/21.png]

El valor de la referencia se obtiene mediante una fuente de voltaje DC de 15v y una resistencia variable de un 1k. Para una temperatura de trabajo de 120ºC se tiene que El valor de referencia debería ser de 12V.

10 de 15

14-06-2015 22:25


11 de 15


[http://1.bp.blogspot.com/-e4d1vpW2aSA/T5YgRV34cQI/AAAAAAAAAok /TxSdMJ45JkU/s1600/22.png]

· Con el valor máximo de la referencia corresponde a 15 V, es necesario cambiar la sensibilidad del sensor T de 1ºC/V a 0.1ºC/V, para ello se utiliza un atenuador. La configuración electrónica del atenuador puede ser un divisor de voltaje.

[http://1.bp.blogspot.com/-bOIqgQ8P-nI/T5YgmfXS1DI/AAAAAAAAAos /0BOb2P3RV2o/s1600/23.png]

[http://2.bp.blogspot.com/-gPVdYo1Wrbg/T5Yg0TZ6M4I /AAAAAAAAAo0/wKYD3vHxnlY/s1600/24.png]

Esquemas del sistema de control.

14-06-2015 22:25


12 de 15


[http://3.bp.blogspot.com/---UeI-jrhUQ/T5YhIZk7RvI/AAAAAAAAAo8/IFVAykLEMNA/s1600/25.png]

Para una referencia de 11.9 voltios se tienen los siguientes resultados:

14-06-2015 22:25


13 de 15


[http://4.bp.blogspot.com/-m0x7oqoVOJ4/T5Yho6_SaFI/AAAAAAAAApE/RrdoXQZXiYQ/s1600/26.png]

Según la ecuación (9) ante una referencia de 11.9V, la temperatura de trabajo debería ser de 119ºC. Sin embargo, según los datos tomados, la temperatura de trabajo es de 124ºC, lo cual quiere decir que hay un error relativo del 4.2%. Por otra parte el sobrepaso máximo es de 44.3%, es decir con los valores calculados nose logro el objetivo del 25%, ya que el error relativo es de 77.4%. Para corregir esto se deben cambiar los valores de los capacitores. Por ejemplo C1=400uF y C2=1uF.

[http://3.bp.blogspot.com/-ZjNx6pPZUNc/T5YiFZZ1PQI/AAAAAAAAApM/elaoHjl4kjw/s1600/27.png]

En esta ocasión el sobrepaso máximo es de 26.4%, dato aceptable ya que el error relativo seria del 5.6%. Según la ecuación (9) ante una referencia de 11.9V, la temperatura de trabajo debería ser de 119ºC. Sin embargo, según los datos tomados, la temperatura de trabajo es de 125ºC, lo cual quiere decir que la nueva relación entre entrada y salida es de:

[http://2.bp.blogspot.com/-4EJn0rp9PtI/T5Yic7NXzaI/AAAAAAAAApY/ESLE5mbaUeU/s1600/28.png]

14-06-2015 22:25


14 de 15


[http://3.bp.blogspot.com/-G2c8kls2kac/T5Yitawiq_I/AAAAAAAAApg/4Jaujw1naFk/s1600/29.png]

Sobrepaso máximo=28.3% Con los nuevos valores de los capacitores Kp=401; Kd=40 y Ki=10;

Publicado 24th April 2012 por Colaboratorios Unimag 2

Ver comentarios

Dib 14 de septiembre de 2012, 8:44 ¿Cómo fue que se obtuvo que el cambio en la señal escalón es de 2? Responder

Francisco Lopez 21 de diciembre de 2014, 17:15

Responder

14-06-2015 22:25


15 de 15


Comentar como:

Publicar

14-06-2015 22:25

Diseño Y Simulación Mediante Proteus Isis De Un Control Pid En Un Sistema De Calefacción 6815u

Overview 4q3b3c

More details 26j3b

Related Documents 171j1w

Control Pid De Posicion De Un Motor Mediante Avr 2x3j1

Control De Un Teclado Mediante Vhdl 2a1o9

Control De Un Motor Mediante Sensor Infrarrojo i5k42

Proteus Isis 3r331e

Sistema De Control Pid Para Un Pendulo Oscilante 3k315l

(3) Elementos De Un Sistema De Control 2v23m

More Documents from "Juan Pablo Soto Hernandez" 1l143e

2c82t

Transformadores Ch 261c35

2c82t

Analisis-estructural.pdf 2q64d

Como Crear Una Ong En Honduras 3n241

Manual Sistema Frenos Circuito Partes Componentes Dispositivos Sistemas Clasificacion Servofreno Freno Mano 6b244l