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CONTROL AVANZADO

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Title: CONTROL AVANZADO Subject: AUTOMATIZACION Author: JOSNEY Last modified by: JORGE COSCO GRIMANEY Created Date: 4/6/2010 2:27:44 PM Document presentation format – PowerPoint PPT presentation

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Title: CONTROL AVANZADO


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y MANUFACTURERA
CONTROLES ELECTRICOS y AUTOMATIZACION
EE - 621
Estructuras Avanzadas de Control
TEMAS
Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada, Controlador en Cascada.
1
Ing. JORGE COSCO GRIMANEY
2
INTRODUCCIÓN
CARACTERÍSTICAS DEL CONTROL REALIMENTADO VENTAJAS
Produce acción correctora en cuanto existe
error La acción correctora es independiente de
la fuente y tipo de la perturbación Necesita
poco conocimiento del proceso a controlar (un
modelo aproximado) El controlador PID es uno de
los controladores de realimentación más versátil
y robusto
DESVENTAJAS No produce acción correctora hasta
que la perturbación se propaga a la variable
controlada No es capaz de generar una acción
preventiva (aunque las perturbaciones sean
conocidas o se puedan medir) En procesos con
grandes tiempo muertos, la dinámica del sistema
en bucle cerrado no suele ser aceptable En
algunas aplicaciones la variable controlada no
puede medirse y la realimentación no puede
realizarse
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  • A pesar de sus desventajas, la mayoría (gt 80) de
    las aplicaciones industriales utilizan bucles de
    realimentación simple
  • Para las situaciones en las que el control
    realimentado no resulta satisfactorio, es
    necesario utilizar otras estrategias para obtener
    las prestaciones requeridas
  • A estas estrategias, que se combinan con el bucle
    de realimentación (no lo sustituyen) se les
    denomina estructuras avanzadas de control

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Control en Cascada
5
Control en cascada
  • Se utiliza cuando las perturbaciones, afectan
    directamente a la variable del proceso manipulada
    (en la mayoría de los casos será un caudal de
    materia o flujo de energía)
  • Este tipo de perturbaciones se denominan
    perturbaciones a la entrada
  • Utiliza la medida de variables internas
    auxiliares) para detectar rápidamente el efecto
    de las perturbaciones e iniciar antes la acción
    correctora
  • Se realiza mediante bucles de realimentación
    anidados

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Objetivo Calentar una corriente de proceso, Fe,
manipulando el caudal de combustible, Fv, que
entra al intercambiador. La caída de presión en
la válvula puede sufrir variaciones. Así mismo,
el caudal de entrada, Fe, puede fluctuar
alrededor de su valor nominal.
Variables significativas Variable de salida o
controlada Temperatura T (ºC) Variable
manipulada o controlada u ( apertura de la
válvula). Cambia Fv (l/s),caudal de vapor que es
la variable de proceso manipulada. Variables de
perturbación Perturbación a la entrada Pa
(atm), caída de presión en la válvula (si Pa
varía a la misma apertura de válvula (u) el
caudal Fv será diferente. Fv es una variable
auxiliar que refleja la perturbación antes de que
se propague a la salida y existe una relación
causal entre Fv y la variable de control,
u Perturbación a la salida Fe (l/s), cambios
en el caudal de entrada (se transmiten
directamente a la salida sin afectar previamente
a otra variable de proceso auxiliar)
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Respuesta a cambios en la presión de suministro
de combustible
Si Pa varía, a la misma apertura de válvula (u),
variará Fv (energía aportada) y por tanto,
afectará a la temperatura T El efecto de la
perturbación se traduce en un cambio en T que
será corregido por el controlador de
realimentación modificando la apertura de
válvula, u
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D1 perturbación debida a Pa (con dinámica
GD1) D2 perturbación debida a Fe (con dinámica
GD2) El controlador realimentado no rechazará las
perturbaciones hasta que su efecto se propague a
la salida
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La estructura de control en cascada se
caracteriza por dos controladores realimentados
anidados, siendo la salida del primario (maestro)
el punto de consigna del controlador secundario
(esclavo). La salida del controlador secundario
es la que actúa sobre el proceso. Objetivos Minim
izar el efecto de algunas perturbaciones Mejorar
las prestaciones dinámicas del sistema de control
D(s) perturbación a la entrada X(s) variable
secundaria refleja la perturbación antes de que
se transmita a la salida, tiene relación causal
con U(s)
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Ejemplo intercambiador Plano de control en
notación ISA
El regulador externo (TC-temperatura) fija la
consigna del regulador interno (FC-caudal) cuyo
objetivo es corregir el efecto sobre el caudal de
combustible (Fv) del cambio en Pa antes de que
afecte de forma significativa a la temperatura
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El regulador externo (TC-temperatura) fija la
consigna del regulador interno (FC-caudal) cuyo
objetivo es corregir el efecto sobre el caudal de
combustible (Fv) del cambio en Pa antes de que
afecte de forma significativa a la temperatura T.
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Proceso principal (TC-Intercambiador) proceso
de dinámica más lenta Proceso secundario
(FC-Vapor) proceso de dinámica más rápida El
efecto de las perturbaciones sobre el proceso
secundario es controlable Es necesario utilizar
más instrumentación
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Control en Relación
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CONTROL DE RELACIÓN (RATIO CONTROL)
Este tipo de estrategia de control se aplica
cuando 2 flujos ingresan a un recipiente y los
fluidos están en relación tal como se observa en
la figura
Objetivo Mantener la relación entre dos
variables a un valor predeterminado
Aplicaciones Normalmente las variables son
caudales. Mezcla de dos corrientes de distinta
composición o Tª, para conseguir una mezcla de
composición o Tª determinadas Relación
aire/combustible en el control de la combustión
en un horno o caldera
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Ejemplo Sistema de mezcla de corrientes de
proceso Objetivo Mantener un relación
constante entre los caudales A y B
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Solución controlar ambos caudales de forma que
los SP cumplan la relación Problema suele
ocurrir que uno de los dos caudales sólo se puede
medir (caudal de referencia)
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(No Transcript)
18
(No Transcript)
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Control en Rango Dividido
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CONTROL DE RANGO DIVIDIDO (SPLIT - RANGE CONTROL
Es un sistema de control en el cual existe una
sola variable controlada y dos o más variables
manipuladas, que deben tener el mismo efecto
sobre la variable controlada. Para realizar éste
sistema se requiere compartir la señal de salida
del controlador con los varios elementos finales
de control.
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Ejemplo Reactor al que entra un producto gaseoso
A, y sale un producto B resultante de la
reacción. Objetivo Mantener la presión P del
interior del reactor Variables manipuladas
válvula de entrada de A y válvula de salida de B
La salida del regulador de presión PC va a un
selector que se encarga de distribuir la acción
de control entre las dos válvulas V1 y V2
La política a seguir está representada en la
gráfica 2 A presiones bajas, V1 estará abierta
al 100 y V2 cerrada. A altas presiones, V1
estará cerrada y V2 abierta. A presiones
intermedias, la abertura de cada válvula se
determina de la gráfica
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Control Selectivo
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CONTROL SELECTIVO (OVERRIDE CONTROL)
Es un sistema que opera para satisfacer
restricciones de operación impuestas a un proceso
con fines de protección del personal y/o del
equipo. Para su aplicación se requiere ejercer
control sobre dos variables de un proceso,
relacionados entre sí de tal manera que una u
otra pueda ser controlada por la misma variable
manipulada. Como una variable manipulada solo
puede controlarse por una sola acción, debe
existir la posibilidad de transferir el mando de
uno de los lazos de control al otro cuando las
complicaciones de funcionamiento así lo exijan.
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La transferencia del mando se logra conectando la
salida de los dos controladores a un switch
selector de la más baja, LSS, ó de la más alta,
HSS, de dos señales cuya salida esta conectada al
elemento final. Dependiendo de las condiciones
del proceso, generalmente son usados como
protección de equipos, usándose llaves de baja
(LSS), tal como se muestra en las figuras.
En el sistema hay una variable manipulada y cuyo
conjunto es seleccionado dependiendo de las
condiciones del proceso
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Ejemplo Proceso en el que se calienta un fluido
mediante un horno que sirve como fluido
calefactor en un tren de intercambiadores.
Localmente se controla la temperatura de cada uno
de los pasos. La temperatura del fluido
calefactor se controla regulando la aportación de
combustible al horno.
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Control Anticipatorio
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CONTROL ANTICIPATORIO (Feedforward )
Se utiliza cuando las perturbaciones
significativas afectan más directamente a la
variable de salida que se desea controlar. Este
tipo de perturbaciones se denominan
perturbaciones a la salida o de carga
Utiliza la medida de la propia perturbación (o de
una variable auxiliar de la que inferir su valor)
para actuar antes de que la perturbación se
propague a la salida Un caso particular es el
control de proporción o de relación
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El control anticipatorio puede ser usado para
controlar la composición química en un proceso de
manufactura. Por ejemplo, la figura muestra como
el pH de un material entrando a un tanque de
mezclado, puede ser controlado usando un sistema
anticipatorio. El pH es una medida de la acidez o
alcalinidad de una sustancia, y en el ejemplo el
pH ideal es 6,3, pero un rango de 6,2 a 6,.4 es
aceptable. Debido a esto, alguna variación en el
pH del material de entrada por encima de 6,4 es
una perturbación a ser corregido con la adición
de ácido..
El control de pH en este sistema requiere de dos
sensores un instrumento de pH para monitorear el
material de entrada, y un sensor de flujo. El
controlador anticipatorio es una computadora
realizando un cálculo complejo, basado en el
valor representativo a las variables de
perturbación. La ecuación anticipatorio determina
la cantidad de ácido requerido para obtener el pH
del valor deseado, basado en los valores medidos
de pH y flujo.
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Control Adaptativo
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CONTROL ADAPTATIVO
El control adaptativo es un método de control en
el cual la respuesta de un controlador cambia
automáticamente basado en los cambios de las
condiciones dentro del proceso.
En el grafico, un instrumento monitorea el pH y
su salida es transmitida a un controlador
adaptativo. Si el pH varía del nivel deseado, el
controlador ajusta su repuesta para adicionar más
o menos ácido al reactor hasta estabilizar el pH
en el rango de 6,2 a 6,4.
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Un controlador adaptativo contiene un sistema
computarizado que es programada para cambiar la
respuesta del controlador cuando un error no es
el correcto. El control adaptativo obtiene su
nombre de la habilidad del controlador para
adaptar su respuesta a las condiciones de
cambios. El control adaptativo es típicamente
usado en situaciones donde la ganancia de los
procesos no son lineales, como en el control de
un pH. Un lazo realimentado con un control
adaptativo ha sido añadido para monitorear y
controlar el pH, para compensar por cualquier
variación no corregida por el control adaptativo
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Control Predictivo
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SISTEMA DE CONTROL PREDICTIVO
El Control Predictivo Basado en Modelo, Model
(Based) Predictive Control (MBPC o MPC)
constituye un campo muy amplio de métodos de
control desarrollados en torno a ciertas ideas
comunes e integra diversas disciplinas como
control óptimo, control estocástico, control de
procesos con tiempos muertos, control
multivariable o control con restricciones.
Las ideas básicas en toda la familia de
controladores predictivos son
  • Uso explícito de un modelo para predecir la
    salida del proceso en futuros instantes de tiempo
    (horizonte).
  • Cálculo de las señales de control minimizando
    una cierta función objetivo.
  • Estrategia deslizante, de forma que en cada
    instante el horizonte se va desplazando hacia el
    futuro, lo que implica aplicar la primera señal
    de control en cada instante y desechar el resto,
    repitiendo el cálculo en cada instante de
    muestreo.

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El MPC presenta una serie de ventajas sobre otros
métodos, entre las que destacan
  • La sintonización es relativamente fácil.
  • Puede ser usado para controlar una gran variedad
    de procesos, desde aquellos con dinámica
    relativamente simple hasta otros más complejos
    incluyendo sistemas
  • con grandes retardos, de fase no mínima o
    inestables.
  • Permite tratar con facilidad el caso
    multivariable.
  • Posee intrínsecamente compensación del retardo.
  • Resulta conceptualmente simple la extensión al
    tratamiento de restricciones, que
  • pueden ser incluidas de forma sistemática durante
    el proceso de diseño.
  • Es muy útil cuando se conocen las futuras
    referencias (robótica ).
  • Es una metodología completamente abierta basada
    en algunos principios básicos que permite futuras
    extensiones.

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INCONVENIENTES
  • Complejidad en el cálculo necesaria para la
    resolución de algunos algoritmos.
  • Necesidad de disponer de un modelo apropiado del
    proceso.
  • El algoritmo de diseño está basado en el
    conocimiento previo del modelo y es
  • independiente de este, pero resulta evidente que
    las prestaciones obtenidas dependerán de las
    discrepancias existentes entre el proceso real y
    el modelo usado.

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Lógica Difusa
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LOGICA DIFUSA
  • La lógica difusa o borrosa (Fuzzy logic) descansa
    en la idea que en un instante dado, no es posible
    precisar el valor de una variable X, sino tan
    solo conocer el grado de pertenencia a cada uno
    de los conjuntos en que se ha participado el
    rango de variación de la variable.
  • El grado de pertenencia se cuantifica mediante la
    función de pertenencia f, que normalmente se
    escoge de una forma trapezoide.
  • Ejemplo de funciones de pertenencia
  • TB Temperatura.
  • TM Temperatura media.
  • TA Temperatura alta.

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Control basado en lógica difusa.
La lógica difusa permite incorporar el concepto
de incertidumbre o confianza, que integra 1. La
imprecisión en la medición. 2. La subjetividad
que caracteriza al control lingüístico.
Dadas las funciones de pertenencia para cada
variable medida, el procesamiento de las reglas
conduce a conclusiones con factores de confianza.
Esto implica 1. Una supervisión inteligente, de
que la conclusión acerca de una detección o
diagnostico se acompaña de un factor de
certeza. 2. Un control inteligente, en el cual
la acción de control puede calcularse como
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PID VS. Control Difuso
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PID vs. Control Difuso
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