Control de temperatura

DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA
C. BETANCOR, J. CEREZO, A. VEGA Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática, Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada (IUMA), Universidad de Las Palmas de G.C. Cuando se pretende llevar a cabo una práctica de control se encuentran dos dificultades: encontrar un modelo matemático de la planta que presente cierta exactitud y probarel o los controladores diseñados con la planta físicamente disponible. En este trabajo se realiza el control analógico de temperatura de un sistema, desde su fase inicial de identificación hasta la fase de comprobación, apoyándose en el toolbox Real-Time Windows Target de MATLAB para realizar las simulaciones en tiempo real. Con esto, el alumno recorre todos los pasos necesarios para el diseño deun sistema de control continuo.

1. Introducción
Es importante que el alumno vea reflejada en la práctica la teoría de control dada en pizarra, de forma que constate dicha teoría y sienta un mayor interés en las clases teóricas. Dado que la mayoría de las técnicas de control parten de un modelo matemático de la planta y que este modelo en raras ocasiones está disponible, es imprescindiblerealizar la identificación de la planta, para posteriormente aplicar alguna de las técnicas de control existentes. En este trabajo se propone el diseño de un controlador analógico para un sistema térmico, en el que como primer paso se realiza la identificación del mismo para obtener un modelo matemático aproximado. Posteriormente se procede al diseño del controlador analógico aplicando una variedad detécnicas y comparando su comportamiento. Entre las técnicas aplicadas están: reglas de Ziegler-Nichols, reglas de Cohen-Coon y técnica del lugar de las raíces. Tanto la identificación como las pruebas de los controladores diseñados se realizan usando el toolbox Real-Time Windows Target de MATLAB, con el cuál se pueden realizar simulaciones en tiempo real con la planta físicamente disponible,pudiendo realizar un ajuste fino de los parámetros del controlador para optimizar la respuesta del sistema.

2. Descripción del sistema
La arquitectura del sistema es la típica de un servosistema de una entrada y una salida, con el controlador en cascada con la planta (Fig.1).

Figura 1. Estructura del sistema

La planta a controlar está constituida por un sistema térmico y como tal posee unadinámica lenta, siendo esto una ventaja a la hora de realizar prácticas introductorias al control, puesto que el alumno puede ir viendo la evolución del comportamiento del regulador. Una desventaja de utilizar dinámicas lentas es el tiempo empleado en los diferentes pasos para el diseño del controlador. El sistema térmico está constituido por una resistencia calefactora de 10 /50W montada sobre unaplaca metálica. La etapa de potencia, que deberá diseñar el alumno, está constituida por una fuente de corriente que tiene como elemento de potencia un transistor, montado también

sobre la misma placa metálica. El sensor de temperatura (LM35DZ), en contacto con la placa metálica, mide la magnitud a controlar, debiendo el alumno diseñar un circuito acondicionador para conseguir larealimentación deseada. Así pues, se ha obtenido una planta térmica económica, lo cual hace que en cada puesto de trabajo se disponga de una de ellas, eliminando el problema del coste de las plantas comerciales. Así mismo, esta planta es suficiente para realizar una práctica introductoria al control y recorrer las diferentes fases del diseño (Fig.2). Resistencia calefactora

Transistor TIP31C

Figura 2.Fotografía de la planta

Las especificaciones que deberá satisfacer el sistema controlado final serán: a) b) c) d) e) La consigna será a razón de 100 mV/ºC. El rango de temperatura a controlar estará entre 35ºC y 45ºC. Error en régimen permanente igual a cero ante una entrada escalón. El sobreimpulso no deberá superar el 10%. El tiempo de establecimiento deberá ser el más pequeño posible.

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