DISEÑO CONTROLADORES PID/FUZZY/PID-FUZZY EDGAR SALAS PARA UNA PLANTA DE LUZ CARLOS ALOMOTO 1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE CONTROLADORES PID, FUZZY Y PID- FUZZY PARA UNA PLANTA DE LUZ ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO FACULTAD DE INGENIERÍA MECATRÓNICA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA ABRIL 2013 Abstract.- En este documento se realiza un análisis completo de lo que es el diseño e implementación de dos tipos de controladores existentes y muy utilizados a nivel industrial como son el PID y el control con lógica Difusa. Aplicándolos al control del porcentaje de iluminación, por lo que también se ha incluido una breve descripción de la construcción de una planta de luz didáctica en la cual se ha implementado los dos tipos de controladores anteriormente mencionados. En el documento se realiza una breve explicación de las características y parámetros que se deben tomar en cuenta para el desarrollo de cada uno de los controladores, relacionándolos con los aspectos propios del tipo de planta, para después describir el procedimiento realizado en la implementación de los mismos. Por último se ha proporcionado una lista de consideraciones y recomendaciones que se han redactado por efecto de la experiencia que se ha obtenido después del desarrollo de este trabajo mediante el análisis de los resultados obtenidos. I.INTRODUCCION Controlador PID.- El control automático asienta sus bases esencialmente en el concepto de realimentación. Este concepto se concreta en una estructura de control en la cual el controlador se puede entender como un operador, que en función de la salida deseada de la planta, y la salida real medida, proporciona la acción de control a aplicar sobre el sistema. Si bien existen muchos tipos de control basados en este principio, el control proporcional, derivativo e integral (PID), es el que mayor implantación tiene en la industria de procesos. Dicho control consiste esencialmente en obtener la acción de control como la suma de tres términos: término proporcional, término derivativo y término integral. Se pueden obtener variaciones a este esquema consistentes en la no introducción de los
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7/23/2019 Control PID y FUZZY de Una Planta de Luz
Esta parte del código se encontrará dentro delbucle que realiza la transmisión y recepción dedatos al y desde el microprocesador. Por estarazón con la línea “e0 = e1;” se podrá
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acumular la variación de error y así poderrealizar el control respectivo de la señal.
Como se puede observar en el código que seadjuntó, la variable de control “u” es la que
contiene la información o el valor que se deseaenviar al microprocesador a manera de PWM.
Posterior a esto se debe limitar la señal decontrol, ya que el micro utilizado tiene unaresolución de 0 a 255 (8 bits) mientras queMatlab posee una resolución de 1024, pero queal momento del modelado de esta planta enparticular se pudo observar que el rango deiluminación de fue de 0 a 900. Es decir que apartir de 900, ya no existía variación en la LDR.Para esto se genera las siguientes líneas de
código:
%Para controlar la saturación de u if(u>=255)
u=255; end
if(u<=0) u=0;
end
Al realizar esta limitación en la señal de control
de la planta, se regula que no exista saturaciónde ningún tipo (negativa/positiva).
Una vez hecho esto se realiza entonces el envíode la señal al microprocesador mediante lassiguientes líneas de código:
pwm = uint16(u) pwmenvio = num2str(pwm);
Anteriormente se explicó el programa queservirá para un controlador PID, pero sin
embargo existen plantas en las que no esnecesario implementar este controlador comotal, sino solamente una de sus variaciones P, PIo PD. Tomando en cuenta las siguientesconsideraciones:
Controlador P:
En ciertos tipos de procesos es posible trabajarcon una ganancia elevada sin tener ningúnproblema de estabilidad en el controlador. Unaalta ganancia en un controlador P significa queel error en estado estacionario será pequeño yno se necesitará incluir la acción integral.
Controlador PD:
Este tipo de control puede ser apropiadocuando el proceso a controlar incorpore ya unintegrador. Por ejemplo un proceso térmico conun buen aislamiento opera de forma análoga aun integrador. La acción derivada es sensible alruido ya que a altas frecuencias tiene unaganancia relativamente elevada, por lo tanto,en presencia de altos niveles de ruido se debe
limitar dicha ganancia, o prescindir de la acciónderivativa.
Controlador PI:
Esta es la estructura más usual del controlador.La introducción de la acción integral es la formamás simple de eliminar el error en régimenpermanente.Otro caso en el que es común utilizar laestructura PI es cuando el desfase que
introduce el proceso es moderado (procesoscon una constante de tiempo dominante oincluso integradores puros).
Controlador PID:
Se emplea para mejorar el comportamiento deprocesos que no poseen grandes retardos peroque si presentan grandes desfases. Este es el
caso típico de procesos con múltiplesconstantes de tiempo.
Una vez que se ha determinado el tipo decontrolador que se va a implementar, se debeefectuar el ajuste de los parámetros (sintonía)para que la respuesta del sistema en lazocerrado tenga unas característicasdeterminadas.
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Para esto primero hemos realizado un análisisbásico mediante el Matlab, tomando el modelomatemático de la planta, analizándolo en lazocerrado y probándolo con un escalón. Hechoesto observamos sus gráficas de Bode para deesta manera saber si el sistema es estable.
Análisis de Resultados:
Figura 10. Respuesta de la planta de luz mediante un
control PID con un setpoint del 50%
Para nuestra planta se ha elegido un controlPID, puesto que es el controlador que mejorrespuesta del sistema proporcionaba. Es
importante recalcar que el controladorsuficiente para una planta de luz es el PI, quegenera una buena respuesta del sistema, perosin embargo al aumentarle la acción derivativase consiguió un tiempo de estabilización muybajo y un error entre el -0.15 y 0.3 por ciento.
VII. CONCLUSIONES
Uno de los aspectos que influyen mucho
para la implementación de un controlador
es sin duda la elección correcta del
microprocesador, ya que éste es el que
realiza la transmisión y recepción de datos
(interfaz) entre el computador y la planta.
Dentro de éste aspecto hay que prestar
mucha atención a la resolución del mismo,
para de esta manera poder determinar un
correcto tiempo de muestreo.
Es prudente recalcar que el correcto
dimensionamiento de dispositivos
electrónicos dentro de los circuitos
utilizados para la implementación de laplanta, influye de sobremanera en la
obtención de una planta estable y sin
mucho ruido, la cual generará una
respuesta muy satisfactoria al momento de
realizar su control.
Un controlador PID genera una muy buena
respuesta en la planta y su implementación
resulta de un proceso que, si se tienen los
conocimientos adecuados acerca de los
comportamientos que genera cada acción
de control, no conlleva mayor dificultad
puesto que se basa en cálculos
matemáticos y simplemente se tomará
tiempo al momento de sintonizar los
parámetros que lo rigen. Por otro lado un
controlador fuzzy se puede considerar que
se da a partir de un análisis de las entradas
y salidas que se desea obtener, para de esta
manera generar reglas que rigen el
comportamiento de la planta lo que lo
vuelve un procedimiento un poco más
engorroso. Pero sin duda con una mayor
utilidad ya que dichas estas reglas se
encuentran más relacionadas con el sentido
común que cualquier cálculo matemático.
Es por ésta razón que los controladores que
se realizaron bajo esta lógica resultaron
más precisos y con un plus que es el de
generar una entrada extra que nos permita
incluir parámetros ambientales.
VIII. BIBLIOGRAFÍA
[1] Teodoro Álamo Cantarero. Diseño del
Controlador PID. Departamento de Ingeniería
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