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Supervisión y control de procesos




Enviado por Pablo Turmero



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    1 Control por Computador Objetivo: Implementación del
    control en un computador o sistema digital (DSP). La
    implementación de un controlador de forma digital
    requiere: Muestreo de señales: medida de datos cada cierto
    tiempo ? control discreto Cuantizado: conversión de los
    datos muestreados en un valor digital (conversor A/D).
    Transformación de la acción de control digital en
    un valor analógico para actuar sobre el proceso (conversor
    D/A)

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    2 Control por Computador. Elementos – + sistema controlador
    PID(s) error acción control referencia G(s) salida (Gp:) –
    (Gp:) + (Gp:) controlador (Gp:) PID(z) (Gp:) error (Gp:)
    referencia (Gp:) G(s) (Gp:) salida (Gp:) A/D (Gp:) D/A (Gp:)
    sistema (Gp:) Conversor A/D: convierte la señal
    analógica a valores digitales Conversor D/A: convierte la
    señal digital en valores analógicos

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    3 Muestreo de señales (I) Muestreo de señales:
    medida de datos cada cierto tiempo Bloqueo: mantenimiento del
    valor hasta toma de nueva medida Señal continua
    Señal muestreada Señal bloqueada Periodo de
    muestreo Tm

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    4 Muestreo de señales (II) Selección del periodo de
    muestreo (Tm): Según la señal: El muestreo tiene
    que cumplir el criterio de Nyquist: Según el sistema a
    controlar: 6 veces el tiempo de subida o entre 10 y 20 veces el
    ancho de banda en cadena cerrada Periodo de muestreo Tm (Gp:) Tm
    <
    (Gp:) 2 (Gp:) T T: periodo de la señal Tm = 0.1T Tm =
    0.05T

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    5 Conversión A/D (I) Cuantizado: conversión de los
    datos muestreados en un valor digital (conversor A/D). Idea
    intuitiva: Convierte una señal continua (analógica)
    en una señal discreta (digital). En otras palabras,
    considerando una señal en tensión a la entrada:
    voltios ? número Un conversor AD puede caracterizarse de
    forma básica según los siguientes criterios:
    Entrada: atendiendo a la variable de entrada podemos identificar:
    Rango de tensión: valores admitidos de la señal de
    entrada (0—24), (0—10), (0—5))
    Bipolar/unipolar: la señal de entrada puede admitir
    sólo valores positivos (unipolar) o tanto positivos como
    negativos (bipolar). De todas maneras es fácil mediante
    electrónica colocada a la entrada el situar una
    señal dentro del rango deseado.

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    6 Conversión A/D (II) Salida: La salida un conversor AD es
    un número. Por lo tanto, los posibles valores a la salida
    vendrán determinados por el valor máximo que es
    posible almacenar en dicho número. Esta definición
    se realiza mediante el número de bits del conversor:

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    7 Conversión A/D (III) Tiempo de conversión: El
    proceso mediante el cual una tensión se convierte en un
    valor digital implica un tiempo. El tiempo que el conversor
    emplee en este proceso determinará la máxima
    velocidad de conversión, y con ello la máxima
    frecuencia de muestreo que se puede emplear utilizando dicho
    conversor. Dada una tensión de entrada obtener el valor
    digital Dado un valor digital obtener el valor a su entrada:
    Transformaciones

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    8 Conversión A/D (IV) Ejemplos:

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    9 Conversión A/D (V) Realización: Conversor A/D por
    aproximaciones sucesivas

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    10 Conversión D/A Transformación de la
    acción de control digital en un valor analógico
    para actuar sobre el proceso (conversor D/A) Red de resistencias
    R-2R

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    11 Discretización del controlador (I) Idea: Encontrar una
    ecuación recursiva para las muestras del algoritmo de
    control que permita aproximar la respuesta del dispositivo
    analógico. Partiendo del diseño del control
    analógico ? se reemplaza por uno digital que acepte
    muestras de la señal de entrada al control e(kTm)
    provenientes de un muestreador, y utilizando valores presentes y
    pasados de la señal de entrada y de la señal de
    salida u(kTm) se calcula la siguiente acción de control
    u(kTm +Tm)

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    12 Discretización del controlador (II) Ejemplo:
    Discretización de un regulador PID (I) u = Kp e + Ki
    e(t)dt + de/dt t0 t D(s) = Kp + Ki/s + Kds u = up + ui +ud
    Aplicando superposición se estudian las acciones de
    control por separado 1) Acción proporcional up(kTm+Tm) =
    kp e(kTm+Tm) 2) Acción integral ui(kTm+Tm) = ki e(t)dt =
    ki e(t)dt + ki e(t)dt 0 kTm+Tm 0 kTm 0 Tm ui(kTm) Tm e(t)
    e(kTm+Tm) e(kTm) t (e(kTm+Tm) + e(kTm)) Tm 2 Integral
    trapezoidal

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    13 Discretización del controlador (II) Ejemplo:
    Discretización de un regulador PID (II) 3) Acción
    diferencial ud(kTm+Tm) = kd de(kTm+Tm) (ud(kTm+Tm) + ud(kTm)) =
    kd ( e(kTm+Tm) + e(kTm)) Tm 2 dt Por dualidad con la
    acción integral 0 kTm+Tm ud(kTm+Tm) = kd e(kTm+Tm)

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    14 Discretización del controlador (II) Ejemplo:
    Discretización de un regulador PID (III) Transformada z:
    Se define de forma análoga a la transformada s. De tal
    manera que definimos el operador z como un operador de
    desplazamiento: Z(U(kTm)) = U(z) Z(U(kTm+Tm)) = zU(z)
    Sustituyendo en las acciones: zui(z) = ui(z) + ki Tm(ze(z)+e(z))
    2 ui(z) = ki Tm z +1 e(z) 2 z-1 ud(z) = kd 2 z -1 e(z) Tm z+1
    u(z) = (kp + ki Tm z +1 2 z-1 + kd 2 z -1 ) e(z) Tm z+1 Control
    PID discretizado por Tustin

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    15 Problema: Diseño discreto PI (I) Discretizar un
    regulador PI, de la forma: Utilizando la transformación de
    Tusitn. Dejar la expresión en función de Kp, Ki y
    Tm Comprobar el resultado para los valores Ki=6, Kp=1.4, Tm=0.07
    con el comando de matlab c2d kp s (s+ki) PI(s) =

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    16 Problema: Diseño discreto PI (II) Comparar los
    resultados para el siguiente esquema de Simulink: Tm = 0.035 Tm =
    0.07

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