Laboratorio de Control Automático

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Laboratorio de Control Automtico. Diseo e Implementacin de un Sistema de Control de Voltaje y Frecuencia utilizando MATLAB. Mara Antonia Alvarez Jos Luis Gonzlez. Tpico de Graduacin. INTRODUCCION. - PowerPoint PPT Presentation

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<ul><li><p>Laboratorio de Control AutomticoDiseo e Implementacin de un Sistema de Control de Voltaje y Frecuencia utilizando MATLABMara Antonia AlvarezJos Luis GonzlezTpico de Graduacin</p></li><li><p>INTRODUCCIONEl presente trabajo describe el desarrollo de un sistema de control automtico basado en la generacin de corriente elctrica.Variables controladas: voltaje y frecuencia de la carga final.Variables manipuladas: voltaje de campo del alternador y velocidad del motor.La finalidad de este proyecto es la realizacin de prcticas para el Laboratorio de Control Automtico que se podrn realizar con el modelo fsico de generacin.</p></li><li><p>SISTEMA A CONTROLARSISTEMA DE CONTROL BASICO TABLA DE ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA </p></li><li><p>SISTEMA TEORICORELACION DE VARIABLES</p></li><li><p>SISTEMA TEORICO EN SIMULINKSISTEMA TEORICO EN MATLAB </p></li><li><p>SISTEMA TERICO EN SIMULINKFrecuencia y voltaje del generadorVariando velocidad del motor Frecuencia y voltaje del generadorvariando voltaje de campo Frecuencia y voltaje del generadorvariando perturbacin</p></li><li><p>SISTEMA TERICO EN SIMULINKLa variable de velocidad del motor afecta tanto al voltaje generado como a la frecuencia generada.La variable de voltaje de campo del generador slo afecta al voltaje generado de manera instantnea. La perturbacin afecta indirectamente proporcional a la frecuencia generada y al voltaje generado, siendo este ltimo ms afectado en magnitud y tiempo. </p></li><li><p>SIMULACION DEL SISTEMA USANDO SIMULINKMODELO DEL SISTEMA A LAZO ABIERTO </p></li><li><p>SIMULACION DEL SISTEMA USANDO SIMULINKFrecuencia y voltaje del generador variando velocidad Frecuencia y voltaje del generador variando voltaje de campoFrecuencia y voltaje del generador variando perturbacin</p></li><li><p>SIMULACION DEL SISTEMA USANDO SIMULINKLas simulaciones muestra que las relaciones entre las variables manipuladas y las variables controladas se mantienen, Al usar el modelo matemtico de un motor DC no afecta a las relaciones entre las variables manipuladas y controladas. Esta simulacin se acerca de manera ms precisa a las curvas de las variables de la planta real.</p></li><li><p>PRUEBA DE CAMPODATOS DE PLACA DEL MOTOR TRIFASICO FRECUENCIA vs RPM DEL MOTOR </p></li><li><p>PRUEBA DE CAMPODATOS DE PLACA DEL ALTERNADOR VOLTAJE GENERADO VS VOLTAJE DE CAMPO </p></li><li><p>Adquisicin de datos utilizando XPCTargetTARJETA DE DATOSPCI 6024ETARJETA DE ADQUISICIN PROCESO</p></li><li><p>Curvas del sistemaVariables manipuladas:Voltaje control del variador de frecuencia (Vc).Voltaje de campo del alternador (Vf).Variables a controlar:Frecuencia del generador (Fg).Voltaje generado (Vg). SISTEMA A LAZO ABIERTO SUBSISTEMA PROCESO </p></li><li><p>Curvas del sistemaFrecuencia y voltaje del generador variandovoltaje de control del variadorFrecuencia y voltaje del generador variandovoltaje de campoFrecuencia y voltaje del generador variandoperturbacin</p></li><li><p>Clculo de la matriz de desacoplamientoSistema de control multivariable o como sistema de control mltiple-entrada, mltiple-salida (MIMO). La interaccin ocurre cuando el voltaje de control del variador de frecuencia (Vc) vara y se produce un cambio en la frecuencia del generador (Fg) y causa un cambio en el voltaje generado (Vg). Cuando hay una variacin en el voltaje de campo del alternador (Vf), al variar Vf cambia el voltaje generador pero no la frecuencia del generador.Matriz de Ganancia de Estado Estacionario Matriz de Ganancia Relativa</p></li><li><p>INDICE DE INTERACCIONLos pares de variables interrelacionadas: VgVf, FgVc MATRIZ DESACOPLADOR ESTTICO Matriz de desacoplamiento</p></li><li><p>Funciones de transferencia del sistemaSISTEMA A LAZO ABIERTO CON MATRIZ DE DESACOPLAMIENTO</p></li><li><p>Funcin de transferencia del sistema Fg/Vc GRAFICA DE fg Y vc PROCESOS DE DATOSMODELOS ESTIMADOS </p></li><li><p>Funcin de transferencia del sistema Fg/Vc&gt;&gt;[num,den]=tfdata(n4s2,v)Funcin de transferenciadel sistema Fg/VcModelo n4s2</p></li><li><p>Funcin de transferencia del sistema Vg/VfSISTEMA A LAZO ABIERTO CON MATRIZ DE DESACOPLAMIENTO</p></li><li><p>Funcin de transferencia del sistema Vg/VfMODELOS ESTIMADOS GRAFICO DE vg Y vf </p></li><li><p>Funcin de transferencia del sistema Vg/VfModelo n4s1&gt;&gt;[num,den]=tfdata(n4s1,v)Funcin de transferenciadel sistema Vg/Vf</p></li><li><p>Controladores de la plantaDiseo del controlador del sistema Fg/Vc TRAYECTORIA DE LAS RAICES RESPUESTA AL COMANDO ESCALN </p></li><li><p>Diseo del controlador del sistema Fg/VcNecesita mejorar el error de estado estacionario y el tiempo de estabilizacin del sistema.Controlador a utilizar es un proporcional integral (controlador PI).</p></li><li><p>Diseo del controlador del sistema Fg/VcSobre nivel porcentual &lt; 2% Tiempo de estabilizacin &lt; 8.5 s TRAYECTORIA DE LAS RAICES DEL SISTEMACON EL CONTROLADOR PI RESPUESTA AL COMANDO ESCALONCON EL CONTROLADOR PI </p></li><li><p>Controladores de la plantaDiseo del controlador del sistema Vg/Vf TRAYECTORIA DE LAS RAICES RESPUESTA AL COMANDO ESCALN </p></li><li><p>Diseo del controlador del sistema Vg/VfTiempo de estabilizacin &lt; 2.54 s TRAYECTORIA DE LAS RAICES RESPUESTA AL COMANDO ESCALONCON EL CONTROLADOR PI </p></li><li><p>Controladores de la plantaSISTEMA A LAZO CERRADO CON CONTROLADOR </p></li><li><p>Diseo de controladores de forma empricaControlador del sistema Fg/VcSISTEMA A LAZO ABIERTO CON MATRIZ DE DESACOPLAMIENTO</p></li><li><p>Controlador del sistema Fg/VcCURVA DE TRABAJO DE LA FRECUENCIA DEL GENERADORt1 a 0.283 de 28.8 es igual a 8.15 = 15 seg</p><p>t2 a 0.632 de 28.8 es igual a 18.2 = 17 seg</p><p>Tao = 3/2 (t2-t1) = 3/2 (2) = 3</p><p>K= AC / Am = 30 / 28.8 = 1.04</p></li><li><p>Diseo de controladores de forma empricaControlador del sistema Vg/VfCURVA DE TRABAJO DE LA FRECUENCIA DEL GENERADORt1 a 0.283 de 5 es igual a 1.42 = 17.02 s</p><p>t2 a 0.632 de 5 es igual a 3.16 = 17.88 s</p><p>Tao = 3/2 (t2-t1) = 3/2 (0.86) = 1.3</p><p>K= AC / Am = 6 / 5.28 = 1.136</p></li><li><p>Diseo de controladores de forma emprica TABLA DE TENDENCIAS DE PARAMETROS CURVA CARACTERISTICA DE UN SISTEMA </p></li><li><p>Diseo de controladores de forma empricaSISTEMA A LAZO CERRADO CON CONTROLADOR </p></li><li><p>Operacin del sistemaFLUJO DE SEAL EN MODO AUTOMATICO </p></li><li><p>Operacin del sistemaFLUJO DE SEAL EN MODO MANUAL </p></li><li><p>Graficas obtenidasFRECUENCIAVOLTAJE</p></li><li><p>Los elementos que puede mover el usuarioSet point Voltaje: Coloca el valor de voltaje generado en que desea que el sistema automtico se setee y trabaje.Set point de frecuencia: Coloca el valor de frecuencia generada en que desea que el sistema automtico se setee y trabaje.Span de Voltaje: En casos de desgastes de los equipos fsicos este valor de ganancia permite ajustar el mximo valor deseado en voltaje generado, cabe recalcar que la diferencia mximo de ajuste es de +/- 0.5 VDC.Span de Frecuencia: En casos de desgastes de los equipos fsicos este valor de ganancia permite ajustar el mximo valor deseado en frecuencia generada, cabe recalcar que la diferencia mximo de ajuste es de +/- 0.5 VDC.</p></li><li><p>Los elementos que puede mover el usuarioSwitch Manual / Automtico de Voltaje: Es donde se seleccin de que modo desea trabajar el sistema, si es de modo manual se controlar con los potencimetro externos y si es de modo automtico el sistema regular las variables de control para llegar al set point seteado en la variable de voltaje generado.Switch Manual / Automtico de Frecuencia:Es donde se seleccin de que modo desea trabajar el sistema, si es de modo manual se controlar con los potencimetro externos y si es de modo automtico el sistema regular las variables de control para llegar al set point seteado en la variable de frecuencia generada.</p></li><li><p>Seguridades a seguirNo colocar objetos metlicos sobre la mesa de trabajoConectar bien el enchufe de torsin de la alimentacin principalNo hacer contacto en borneras ni conexiones de equipos con la mano y/u objetos metlicosNo colocar las manos ni objetos cerca de las bandas No acercarse a las bandas en movimientosVoltaje de alimentacin mximo 220 VAC trifsicoNo cambiar seales de control ni de fuerzaEn caso de algn dao en la maqueta, primero desconecte todo (incluso alimentacin principal) y luego verifique la novedad.</p></li><li><p>Comportamiento del sistema frente a variaciones del set point de voltaje (Servo control)Set point Voltaje: 8 VcdSet point Frecuencia: 26 HzCURVA DE VOLTAJE CURVA DE FRECUENCIA </p></li><li><p>Cambio carga del Sistema (Control regulador)Set point voltaje: 6 VdcSet point frecuencia: 26 HzCarga: 8WCURVA DE VOLTAJE CURVA DE FRECUENCIA </p></li><li><p>MANUAL DE EXPERIMENTACION</p></li><li><p>Prctica 1: Anlisis de estabilidad tericaObjetivosConocer como realizar una simulacin con ayuda de SIMULINK de un sistema real.Saber interpretar las curvas obtenidas del sistema simulado conociendo sus diferencias.Obtener la funcin de transferencia terica de un circuito de generacin de voltaje y frecuencia; identificando el lazo cruzado </p></li><li><p>Prctica 1: Anlisis de estabilidad tericaConclusiones y RecomendacionesDados estos anlisis nos damos cuenta que la generacin de voltaje y frecuencia son estables, variando cualquiera de las dos variables de control. Que la variable de velocidad del motor afecta tanto al voltaje generado como a la frecuencia generada, y que la variable de voltaje de campo del generador slo afecta al voltaje generado de manera instantnea. Que la perturbacin afecta indirectamente proporcional a la frecuencia generada y al voltaje generado, siendo este ltimo ms afectado en magnitud y tiempo.</p></li><li><p>Prctica 2: Desacopladores del sistema ObjetivosConocer lo que es un Sistema de variables mltiples.Conocer la tcnicas con lo cual podemos eliminar los lazos cruzados.Obtener los desacopladores para un sistema 2 x 2.</p></li><li><p>Prctica 2: Desacopladores del sistema Conclusiones y RecomendacionesPara un sistema MIMO se puede desacoplar el sistema por medio de de desacopladotes que ayudan a que los sistemas trabajen separados.Al realizar el clculo de seleccin por pares de variables se desea que cada variable controlada se controle por la variable manipulada con mayor influencia sobre aquella.Se recomienda que el estudiante al tomar mediciones sean las ms precisas posibles para que al realizar los cculos obtenga la matriz de desacoplador del sistema.</p></li><li><p>Prctica 3: Obtencin del Controlador para un sistema multivariableObjetivosAprender dos formas (emprico y analtico) para la obtencin de los controladores del sistema.Conocer las ventajas y diferencias los controladores obtenidos de forma analtica y emprica.Aprender a utilizar la herramienta SISO para el anlisis del sistema y obtener el controlador con parmetros de sobrenivel porcentual y tiempo de estabilizacin requeridos.</p></li><li><p>Prctica 3: Obtencin del Controlador para un sistema multivariableConclusiones y Recomendaciones</p><p>Al calcular los controladores de forma analtica y emprica da al estudiante dos alternativas con las que puede obtener los controladores.</p><p>La ventaja de obtener el controlador de forma emprica es que no se necesita la funcin de transferencia del sistema solo la curva de trabajo de la variable del sistema a controlar, esto es til para sistemas cuyas funciones de transferencias son difciles de trabajar. Una de las desventajas es que no se obtiene al controlador con especificaciones de sobrenivel ni de tiempo de estabilizacin, es un mtodo no muy exacto.</p><p>La ventaja de obtener el controlador de forma analtica utilizando la herramienta SISO es que al trabajar con la funcin de transferencia del sistema a lazo abierto se obtiene un controlador ms preciso y se puede determinar al controlador con especificaciones de sobrenivel porcentual y tiempo de estabilizacin, tambin se puede observar el comportamiento del sistema con anlisis de la respuesta al comando Escaln </p></li><li><p>GRACIASESPOL16 de marzo del 2005</p></li></ul>

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