UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA INDUSTRIAL

INFORME FINAL DE LABORATORIOALUMNOS:PALACIOS AUPA DAVIDTOCTO HUAMAN RUSSELVILLARREAL CORDOVA CALEBPROFESOS:ING. ROBERT ORE GALVEZ

CURSO: SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL

PIURA, 2014

OBJETIVOS

Objetivo general: Conocer el funcionamiento de un sistema automtico de control: de nivel, luz y temperatura.

Objetivos especficos: Encontrar los parmetros del proceso. Identificar el tipo de compensacin del proceso. Determinar los parmetros del controlador. Identificar la respuesta del sistema Obtener un sistema estable.

MARCO TERICOSistemas automticos de control:

Un sistema automtico de control es un conjunto de componentes fsicos conectados o relacionados entre s, de manera que regulen o dirijan su actuacin por s mismos, es decir sin intervencin de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo adems los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema fsico que realiza la accin, y otra parte de mando o control, que genera las rdenes necesarias para que esa accin se lleve o no a cabo. Variables del sistema: son todas las magnitudes, sometidas a vigilancia y control, que definen el comportamiento de un sistema (velocidad, temperatura, posicin, etc.). Entrada: es la excitacin que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energa externa, con el fin de provocar una respuesta. Salida: es la respuesta que proporciona el sistema de control. Perturbacin: son las seales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema. Por ejemplo abrir una ventana representa una perturbacin en el sistema de control de temperatura mediante termostato. Planta: sistema sobre el que pretendemos actuar. Sistema: es un conjunto de elementos interrelacionados capaces de realizar una operacin dada o de satisfacer una funcin deseada. Set point: seal externa al sistema que condiciona su funcionamiento. Seal de referencia: es una seal de entrada conocida que nos sirve para calibrar al sistema. Seal activa: tambin denominada seal de error. Representa la diferencia entre la seal de entrada y la realimentada. Unidad de control: gobierna la salida en funcin de una seal de activacin. Unidad de realimentacin: est formada por uno o varios elementos que captan la variable de salida, la acondicionan y trasladan a la unidad de comparacin. Actuador: es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controlador y la adapta a un nivel adecuado segn la variable de salida necesaria para accionar el elemento final de control, planta o proceso. Transductor: transforma una magnitud fsica en otra que es capaz de interpretar el sistema. Amplificador: nos proporciona un nivel de seal procedente de la realimentacin, entrada, comparador, etc., adecuada al elemento sobre el que acta. Sensor: Se llama sensor al instrumento que produce una seal, usualmente elctrica, que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlacin definida (su ganancia). Sensor de presin diferencial: elemento sensible a la presin y que emiten una seal elctrica al variar la presin o que provocan operaciones de conmutacin si esta supera un determinado valor lmite.TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Los sistemas de regulacin se pueden clasificar en: Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la accin de control es independiente de la salida. La exactitud de estos sistemas depende de su calibracin, de manera que al calibrar se establece una relacin entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

Elementos de controlPlanta o procesoEntradaSalidaEl diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:

El sistema se controla bien directamente, o bien mediante un transductor y un actuado

TransductornssActuador o accionadorPlanta o procesoEntrada del sistemaSalida del sistema

Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la accin de control depende en cierto modo, de la salida. La seal de salida influye en la entrada. Para esto es necesaria que la entrada sea modificada en cada instante en funcin de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentacin o retroalimentacin

En controles industriales es muy comn encontrar los siguientes 5 tipos de reguladores: Dos posiciones (ON-OFF). Proporcional (P). Proporcional-Integral (PI). Proporcional-Derivativo (PD). Proporcional Integral Derivativo (PID).

Control Proporcional.La funcin de transferencia entre la salida del controlador y la seal de error es:

Donde se denomina ganancia proporcional.Otro parmetro importante en la accin de este controlador, es la denominada banda proporcional que expresa que tan grande ser la accin de control ante una seal de error en la entrada, y es igual a:

Control Proporcional Integral.El valor de salida del controlador proporcional vara en razn proporcional al tiempo en que ha permanecido el error y la magnitud del mismo, su funcin de transferencia es:

Donde es la ganancia proporcional y se denomina tiempo de accin integral. Ambos valores son ajustables. El tiempo integral regula la velocidad de accin de control, mientras que una modificacin en afecta tanto a la parte integral como a la parte proporcional de la accin de control.

Control Proporcional Derivativo.Por lo general, una gran pendiente en en un sistema lineal correspondiente a una entrada escaln considerable produce un gran sobreimpulso en la variable controlada. El control derivativo mide la pendiente instantnea de , prediciendo que tan grande ser el sobreimpulso aplicando las correcciones apropiadas antes de que se presente ese sobreimpulso. La funcin de transferencia del control PD es:

Donde se denomina duracin predicha.

Control Proporcional Integral Derivativo.Esta combinacin tiene la ventaja de que cada una de las tres acciones de control son individuales. La funcin de transferencia es:

Calibracin de controladoresEl proceso de seleccionar los parmetros del controlador para que el sistema cumpla con las especificaciones de diseo se conoce como calibracin o ajuste del controlador. Las reglas de Ziegle-Nichols sugieren un mtodo para afinar controladores PID basndose en la respuesta experimental ante una seal escaln de entrada. La regla de Ziegler-Nichols es muy conveniente cuando no se conocen los modelos matemticos de las plantas.La respuesta de salida de sistemas de orden superior, por lo general, ante un escaln y en lazo abierto es una curva en forma de S que puede caracterizarse por dos parmetros: el tiempo muerto y la constante de tiempo . El tiempo muerto o de atraso y la constante de tiempo se determinan trazando una lnea tangente a la curva en forma de S en el punto de inflexin y se encuentran las intersecciones de esta lnea tangente con el eje del tiempo y con la lnea Ziegler-Nichols sugiere fijar los valores de , y de acuerdo a la siguiente tabla:Tabla 6.1. Mtodo de calibracin de controladores de Ziegler-Nichols a lazo abierto.

Tipo decontrolador

P0

PI0

PID

Sistema utilizado para un sistema automtico de nivel

METODOLOGAMaterial y equipo a utilizar en las pruebas de laboratorio

1computadora con matlab y simulink. 1 fuente de alimentacin 15 vcd 1 referencia de voltaje 1 control PID 1 amplificador de potencia 1 sistema controlado de nivel 1 graficador x-y y-t 20 puentes. 1 switch. 3 cables.

Control de lquido

1. Parametrizar el proceso:

Variable a controlar: La variable que se control fue el nivel del lquido en el tanque. Variable a manipular: Esta fue el flujo del lquido. El actuador:La bomba SensorEl sensor que se utiliz fue un sensor de presin diferencial

2. Prueba a lazo abierto del proceso Se procedi a analizar el proceso es decir, determinar la respuesta del proceso ante una seal de excitacin.

Tablero electrnico a utilizar

La seal de excitacin a utilizar fue del tipo escaln con valores de 0 a 10 voltios, con un tiempo de 100 segundos como se puede apreciar en la siguiente figura:

Luego de esto, se ejecut la funcin play para poder observar la respuesta del sistema, la cual se puede apreciar de color verde en la siguiente figura.

3. Parmetros del proceso

A partir de la respuesta de salida del proceso se observ que era un sistema compensado, entonces se procedi a obtener los siguientes parmetros del proceso:

El parmetro se obtuvo trazando una recta sobre el punto de inflexin y con las rectas de color rojo y amarillo presentes en el osciloscopio se determino el valor del tiempo de retardo del proceso.Luego se hizo lo mismo con haciendo uso de las lneas de color amarilla y verde obteniendo el valor del tiempo de compensacin del proceso.Para el clculo de la caracterstica en estado estable del proceso se calcul la variacin de Y2, donde la medida de Y2 se obtuvo delimitndolo con las lneas de color rojo y verde. El valor de Y1 se obtuvo de la variacin de la entrada en escaln es decir se utiliz el valor de 10 voltios.: 4.42: 43.64: == 0.47

Donde:: Es el tiempo de retardo y mide la velocidad de respuesta del proceso.: Es el tiempo de compensacin por pare del proceso: Caracterstica en estado estable del proceso.4. Configuracin del controlador

Para configurar el controlador se necesitaron las siguientes condiciones: El sistema es del tipo compensado

Con overshopt: se utiliz esta caracterstica para obtener una respuesta ms rpida por parte del controlador, ya que el proceso de controlar el nivel se prestaba para esta situacin.

Y con buena respuesta al cambio de set point

Se probaron los distintos tipos de controlador obtenindose los siguientes datos:Valores de parmetros de controlador segn tipo: Controlador tipo P

Controlador tipo PI

Controlador tipo PID

El siguiente es un cuadro resumen con los valores de los distintos tipos de controlador a utilizarParmetrosP

PI

PID

14.712.619.96

43.6458.91

2.077

5. Anlisis del sistema completo(Sistema de control y planta)

Primero se procedi a evaluar el sistema con un controlador tipo P:ControladorParmetrosSet point

P=14.77.06 voltios

La variable a controlar solo se acercaba a valores cercanos a 6.4 voltios, a esto hay que sumarle que con este tipo de controlador es muy difcil llegar a alcanzar el set point.

Luego se prob con un controlador tipo PID:

ControladorParmetrosSet point

PID =19.37.06 voltios

=58.91

=2.077

Se pudo apreciar que an no se lograba alcanzar un buen control llegando slo a valores alrededor de 6.56 voltios, como se puede apreciar en la siguiente figura:

Finalmente se evalu el sistema completo con un controlador tipo PI:

ControladorParmetrosSet point

PI =12.65.00 voltios

=43.64

Se apreci que la variable controlada llegaba a valores alrededor de los 4.5 voltios, por lo que se procedi a ajustar la ganancia del controlador de 12.6 a 19.3 con lo que la variable controlada comenz a ajustarse hasta llegar a alcanzar al set point con valores alrededor de de 5 voltios.

Se cambi el set point a 7.5 voltios para una ltima prueba, regulando la ganancia del controlador hasta 22, con el objetivo de reducir el error; sta vez se obtuvo un mejor control llegando a alcanzar el set point y obteniendo mrgenes muy pequeos de variabilidad.

SISTEMA DE CONTROL DE LUZ SOLAR

Los sistemas de control de la luz permiten gestionar el funcionamiento del sistema de iluminacin mediante el envo de seales digitales que gestionan el encendido, el apagado o la reduccin de la cantidad y la calidad cromtica de la luz emitida en funcin de las necesidades reales del ambiente.Las condiciones de iluminacin de los ambientes se pueden modificar adoptando sistemas especficos de control de la luzen funcin de la complejidad de los ambientes y del tipo y el nmero de variaciones de luz (escenas) que se consideran necesarias.Las variaciones de las condiciones de luz se pueden lograr en modalidad programada, automtica o ambas. Lossistemas de control de la luzpermiten programar el encendido (escenas) de los aparatos instalados para dar respuesta a los cambios que se producen en el ambiente en funcin del uso al que se destina.Los cambios automticos se pueden activar mediante sistemas de gestin de la luz con sensores de presencia y sensores de luz natural o bien de modo manual a travs de los teclados con los que el usuario, igual que con un interruptor tradicional, puede programar las escenas o activar las ya programadas.

Los sistemas automatizados de la luz

Iluminacin domtico no tiene por qu ser muy complicado.Usted puede simplemente instalar un temporizador para fijar la hora del da que la luz para funcionar.Tambin puede utilizar el temporizador para estufas, mquinas de caf.Ms sistemas de automatizacin de fantasa se pueden controlar desde la distancia por control remoto.De esta manera usted puede encender o apagar las luces en cualquier habitacin slo pulsando un botn.Estos sistemas son ms complicados y puedes programa, regulador de intensidad de iluminacin.Algunos otros sistemas ayudarn a ahorrar dinero en energa.Esto se conoce como el da de la cosecha.La luz responder automticamente a la luz del da.Tambin las luces pueden ser conectado a una alarma para que puedan seguir cuando se puso en marcha.

La luz natural sistemas

Los sistemas naturales ligeras que implican el uso de gafas de sol, cortinas u otros sistemas que puedan responder a la luz del da.Todos estos pueden ser controlados por las ondas de radio desde un panel central.Slo puede dibujar las sombras en una prensa de un botn.Aunque estos sistemas son agradables, que utilizan ms energa de la que acaba de ir all y las sombras de dibujo a mano.Pueden ser muy tiles en el caso de las personas con discapacidad.

OBJETIVOS:

Beneficios:Al automatizar un control de luminarias podremos encontrar beneficios caractersticos los cuales son:

Eficiencia energtica:

Lo cual reducir la perdida de energa elctrica mediante el control automtico de la iluminacin.

Ahorro de energa:

Por lo que reducir los costos y consumo de energa elctrica. Adicionalmente se obtendrn beneficios directos por el ahorro de mantenimiento.

Comodidad

Los usuarios u administradores de las instalaciones podrn aprovechar del confort y la facilidad de poder manejar el producto.

Importancia del ahorro de energa

En los ltimos aos la energa elctrica el consumo se ha elevado a un ritmo muy rpido incrementando los costos econmicos, ya que suple la necesidad del aparato productivo ya que est relacionado con la vida diaria, si reflexiona al problema se debe tomar en cuenta el gasto de energa.Debido a este crecimiento debe tomar una serie de acciones que impida el ndice fsico del consumo energtico, para esto no es impredecible identificar y explotar todas las reservas de eficiencia, lo que es eliminar todas las producciones y servicios que no estn siendo de utilidad en ese momento.PROCEDIMIENTO:

Los sistemas de control de luz conectan y regulan las luminarias, ajustan las escenas de luz y las gestionan a nivel cronolgico y tridimensional. La decisin que se adopte con respecto a un cierto sistema depender del tamao de la instalacin, las peticiones en cuanto a variabilidad y confort de manejo, as como de aspectos de orden econmico. Los sistemas digitales con luminarias direccionables en forma individual permiten una alta flexibilidad. Entre las caractersticas de confort figuran no slo la programacin y el manejo cmodos, sino tambin la sencillez de la instalacin. Los sistemas de control de luz se dejan integrar, en calidad de subsistema, en un sistema de gestin de edificios.

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA1. Objetivos Determinar la funcin de transferencia de un Sistema de control de temperatura.2. Marco TericoLa funcin de transferencia de un sistema se define como la relacin entre la transformada de Laplace de la variable de salida y la transformada de Laplace de la variable de entrada, suponiendo que todas las condiciones iniciales se hacen iguales a cero. La funcin de transferencia de un sistema (o elemento) representa la relacin que describe la dinmica del sistema considerado.Una funcin de transferencia puede definirse solamente para un sistema lineal y estacionario (de parmetro constante). Un sistema no estacionario, denominado a veces sistema variable con el tiempo, tiene uno o ms parmetros que varan en dicha forma y no puede utilizarse la transformada de Laplace. Adems, una funcin de transferencia es una descripcin entrada-salida del comportamiento de un sistema.3. Datos experimentalesnt [s]T [C]V[V]

130.050.12

261.70.49

393.31.04

4125.31.71

5157.42.4

6188.92.91

72110.13.26

82511.23.65

92711.83.86

103012.44.05

113312.84.19

123613.24.32

133913.44.4

144213.64.47

154513.84.52

164813.94.57

1751144.6

185414.14.61

195714.24.65

206314.24.68

216614.34.69

226914.34.7

4. Obtencin de la Funcin de Transferencia

Grfica de los datos obtenidos en laboratorio

Como sabemos que la funcin de transferencia es:

Empleando el mtodo de aproximacin Strejc se puede obtener la funcin de transferencia a travs del grfico.

Con el mtodo Strejc la respuesta del sistema se trata de aproximar por un sistema con polos reales mltiples:

Los valores de y se buscan en la siguiente tabla, a partir de los valores de y que se obtienen de la grfica de respuesta del sistema.

Para obtener los valores de y de la grfica nos auxiliaremos de la herramienta para el trazado de lneas. Se trazan las lneas de la tangente al punto de mxima pendiente de la curva y la que coincide con el valor final de estado estable.Que llegara a ser la funcin de transferencia.

Clculos:Del grfico: 24.7278

De la tabla:

Del grafico podemos obtener: para una entrada escaln de 4.7[V]Por tanto la funcin de transferencia resultante es:

5. Simulacin en MATLABRelacin: Voltaje de entrada: 4.7[V]

CONCLUSIONES Conclusiones de control de nivel: Los valores tericos nos permitirn acercarnos a la obtencin de un buen control. Para poder obtener un buen control es necesario manipular la ganancia del controlador hasta encontrar un nivel ptimo.Conclusiones de control de luz: Concluimos que los sistemas de control desempean un papel muy importante en las nuevas tendencias de iluminacin. Desde los cambios de color hasta el ahorro energtico, o desde la relacin entre luz y salud hasta la integracin en los edificios automatizados.Un claro ejemplo seria: Se trata de encender la luz automticamente al entrar en una habitacin, el sensor de infrarrojos detecta el paso por la puerta y ste activa la luz. Obviamente este funciona de noche, el sensor de luz es el que activa todo el sistema.Para terminar otro claro ejemplo muy comn: Est pensando en personas que con frecuencia dejan prendidas las luces de sus casas o departamentos por varios das para mantener niveles adecuados de confort e iluminacin cuando se necesite con sistemas de fcil control que conlleva una reduccin de costos de energa del usuario puede manipular este sistema estando en cualquier lugar de la casa.

Conclusiones de control de temperatura: Determinamos la funcin de transferencia empleando el mtodo grfico mostrado anteriormente. Mediante la simulacin se pudo obtener una curva de salida idntica a la del sistema estudiado.

Bibliografa:Benjamn Kuo, Biblioteca UDB, Clasificacin: 621.3811 K95 1996 . (s.f.).http://proton.ucting.udg.mx/~horacioh/Compensadores.htm. (s.f.).http://www.biblioteca.upibi.ipn.mx/Archivos/Material%20Didactico/Apuntes%20para%20la%20asignatura%20de%20instrumentaci%C3%B3n%20y%20control/cap4.pdf. (s.f.).http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/electronica-ingenieria/sistemas-de-control-automatico/2013/i/guia-6.pdf. (s.f.).INGENIERA DE CONTROL MODERNA. Tercera Edicin. Prentice Hall. (s.f.).INGENIERA DE CONTROL MODERNA. Tercera Edicin. Prentice Hall. (s.f.).SISTEMAS DE CONTROL AUTOMTICO. Sptima Edicin. Prentice Hall. (s.f.).

ANEXOS:

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