control pid

5/21/2018 Control PID

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Instituto Politcnico NacionalEscuelaSuperior de Ingeniera

Mecnica Y Elctrica.

Carrera : Ingeniera en Control Y AutomatizacinMateria: Teora del Control I

Grupo: 5AM1

Alumnos :

Avitia Flores ArmandoCruz Vazquez Brenda Lucero

Gutierrez Amaral LeonardoDaniel

Controlador PID DeTemperatura


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NDICE

Objetivo .................................................................................................................. 3

Marco Terico ......................................................................................................... 3

Control de temperatura ..................................................................................... 3

Incubacin ........................................................................................................ 3

Control PID ....................................................................................................... 3

Desarrollo ............................................................................................................... 5

Descripcin del sistema ................................................................................... 5

Materiales ........................................................................................................ 6

Circuito del Controlador .................................................................................... 6

Circuito del Sensor y Dimmer ........................................................................... 6

Mtodo de sintonizacin .................................................................................. 7

Conclusiones .......................................................................................................... 7

Bibliografa ............................................................................................................... 8


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OBJETIVO

Realizar un controlador PID analgicopara mantener una temperatura de 40C en unsistema cerrado, basado en amplificadores operacionales de propsito general,mediante los conocimientos adquiridos en el quinto semestre de la Ingeniera en

Control y Automatizacin.

MARCO TERICO

CONTROL DE TEMPERATURA

El control de temperatura es un proceso muy importante dentro de la industria, es tanimportante que puede medirse de numerosas maneras y con una gran variedad deinstrumentos, el control de temperatura es implementado en miles de aplicaciones; enla industria alimenticia en el proceso de la pasteurizacin, el proceso de lafermentacin, en la industria farmaceutica para el cultivo de bacterias, en la industia

textil para la fabricacin de las telas naturales y sinteticas as como para el proceso depigmentacin etc.

INCUBACIN

Otro proceso importante en el que la temperatura posee un papel importante es laincubacin inducida, utilizada en distintas industrias, la incubacin inducida es el actopor el cual se empollan o incuban los huevos manteniendolos calientes para que asse puedan desarrollar los embriones.

El controlador PID de temperatura ser implementado en una incubadora paramantener esta variable en un rango de operacin de 40C.

CONTROL PID

Segn Hernndez Gavio 2010 los controladores son elementos que se le agregan alsistema orginal para mejorar sus caracteristicas de funcionamiento, con el objetivo desatisfacer las especificaciones de diseo tanto en rgimen transitorio como en rgimenestable. Se dice que el control PIDproporcional- inegral-derivativo es cuando la salidadel controlador v(t) es proporcinal al error e(t), sumando una cantidad a la integral delerror e(t) ms una cantidad proporcinal a la derivada del error e(t). Matematicamenteesta expresado de la siguiente manera:

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Pensando en en dominio de la frecuencia se puede expresar de la siguiente manera:

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Haciendo el supuesto en diagrama de bloques queda representado como:


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Como podemos observar en la primera ecuacin y como lo hemos mencionadoanteriormente este controlador constan de una etapa proporcional, integral y derivarivapor lo cual para su realizacin fisca es necesario contar con elementos electronicosque nos puedan brindar la posibilidad de realizar dichas acciones.

Para ello se implementan los amplificadores de propocito general, los cuales mediantearreglos muy sencillos nos permitiran representar de forma fisica dichas acciones de

control acontinuacin el circuito:

Partiendo de estas definiciones podemos definir al controlador PID como undispositivo electronico que aumenta la estabilidad del sistema as como la velocidadde respuesta debido a su parte proporcional e integral. Debido a su accin integralelimina el error en estado estacionario, utiliza la retroalimentacin para reducirperturbaciones y se puede anticipar al error debido a su accin derivativa para ejercer

una oportuna accin de control.

Debido a las caracterisitcas antes mencionadas el controlador PID es un controladorideal para utilizar en el control de temperatura. Y debido a el bajo costo de losaplificadores operacionales y los dispostivos elelectronicos a utilizar, este controladores en escencia una excelente alternativa en cuanto a carateristicas rendimiento ycosto.


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DESARROLLO

La cracin del Controlador PID de Temperatura tiene como propocito controlar laintensidad de un foco que a su vez tendra como objetivo controlar la temperatura deun medio cerrado, todo esto tratando de asemejarlo al control de una incubadora cuya

temperatura estara fijada en 40C.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA

Para entender mejor el funcionamiento de nuestro sistema lo ejemplificaremos con elsiguiente diagrama de bloques:

Cuando se encienda el sistema, nuestra planta que es la incubadora empezara aelevar su temperatura hasta los 40C mediante el calor emitido por el foco, en cadamomento el sensor estar captando este aumento de temperatura y lo traducira enuna salida de voltaje, dicha salida de voltaje ser nuestra variable de retroalimentacinque estara conectado a un circuito comparador, la otra entrada de dicho circuito serun arreglo que nos proporcionar 2 volts que es el voltaje que nos marca el sensorcuando nuestro sistena esta a los 40C, estos 2 volts sern nuestro S.P Set Point.

Si el sistema detecta una desviacin de estos 2volts entonces empezara a ejercer laaccin de control proporcional integral y derivativa la cual esta inmersa en el arreglode comparadores que se mostro anteriormente.

La salida del controlador PID mandara un voltaje de correccin que ira directamente aun led variando su intensidad luminosa, este led est conectado en paralelo con unafoto resistencia, dicha foto resistencia varia el voltaje que se le es suministrado al focoasemejando su comportamiento a un dimmer pero automatico.

Cuando esto ocurra la intensidad del foco incrementara y disminuira siempre y cuandoexista una desviacin en nuestro S.P Set Point todo esto para mantener nuestro

procesos dentro de una temperatura de 4C.

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2343&3567489


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MATERIALES

Amplificadores Operacionales 741 de Propocito General.

Capacitores de 10.00!".

Resistencias de 10k!.

Potenciometros de 100 k!. Leds.

Foto resistencia de !.

Foco de 75 watts.

Termometro.

Fuentes de Alimentacin de 2v, 5v y 9v.

1 DIAC.

1 TRIAC.

1 Sensor de Temperatura.

CIRCUITO DEL CONTROLADOR

CIRCUITO DEL SENSOR Y DIMMER


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MTODO DE SINTONIZACIN

Debido a que no contamos con la ecuacin caracterisitica del sistema, realizamos lasintonizacin de nuestro controlador mediante prueba y error, a continuacin sedescribe los pasos: Lo primero que se hizo fue ajustar la ganancia proporcional para

aumentar la velocidad de respuesta del sistema, sabemos que al aumentar laganancia proporcional Kp tambien aumentar la inestabilidad relativa del sistema. Acontinuacin ajustaremos el control integral, esta accin eliminara el error en estadoestacionario, al aumentar Ki tambien aumentar el maximo sobreimpulso as como laestabilidad del mismo. Para ello ajustaremos el control derivativo lo cual producira unacorreccin en el maximo sobre impulso y se anticipara al prosible valor error creandouna alta sensibilidad en el sistema.

CONCLUSIONES

Visto lo anterior podemos concluir que realizar un controlador PID no solo requiere de

conocimientos de electronica tambien es necesario conocer su funcionamiento internoes decir en que afecta cada uno de los movimientos que se le realicen as como susmetodos de sintonizacin. Debido a que los valores que arroja el PID son pequeos sedebe tomar en cuenta siempre una etapa de potencia para poder manipular loselementos finales de control. Estos controladores son los ms utilizados en lasempresas y aunque encontremos algunos parecidos el principio de funcionamientosigue siendo el mismo. Adems de su funcionalidad y practicidad, este control PID nosofrece grandes ventajas de precio en comparacin con los controladores industriales.


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