Control en cascada

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Práctica III: Control en cascada

PRACTICA III

CONTROL EN CASCADA

OBJETIVOS:

En esta práctica se pretende analizar las ventajas del control en cascada frente a la utilización de un bucle simple de realimentación. Este tipo de estructura se utiliza cuando se puede detectar la presencia de una perturbación antes de que tenga un efecto apreciable sobre la variable de salida o variablecontrolada (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, evitando que se acumule un error importante. En la mayoría de los casos, la variable auxiliar que refleja la perturbación será un caudal de materia o flujo de energía. Para que sea efectiva, la dinámica existenteentre la variable auxiliar y la variable manipulada debe ser más rápida que la dinámica entre la variable controlada y la variable auxiliar. Si no fuera así, la perturbación se propagaría a la variable controlada antes de poder tomar una acción correctora.

INTRODUCCIÓN
Con objeto de estudiar las ventajas de la utilización de un control en cascada, se analiza el proceso continuo de mezclado dela Figura 1.

Figura 1 Proceso continuo de mezclado

El sistema está compuesto de cuatro tanques situados a distinta altura, de tal forma que la salida del primer tanque alimenta al segundo, la del segundo al tercero, y la del tercero al cuarto.

Curso 2004-2005

Ingeniería de Control II

1

Práctica III: Control en cascada

El segundo tanque recoge además un caudal de líquido, Fpprocedente de otro proceso, que puede sufrir cambios importantes. Todos los tanques son iguales, tanto en sus dimensiones como en las características de orificio de salida. Presentan una sección transversal cuadrada con cada lado de 1 metro. Las características de su orificio de salida hacen que en el estado estacionario, para caudales de entrada y salida de 1 litro/segundo, la altura que alcanzael nivel del líquido en el interior sea de 1,64 metros. Linealizada para este punto de equilibrio, la función de transferencia de cada tanque se puede considerar que es,

Q0 ( s ) 1 = Qi ( s ) ARs + 1
En donde Q0, y Qi son los caudales de salida y entrada respectivamente, y A es el área transversal. R, es la resistencia en régimen turbulento al paso de líquido por el orificio, que se puedeaproximar mediante la formula

R=

2H Q

donde H es la columna de líquido y Q es el caudal. El sistema consta además de una servoválvula utilizada para regular el caudal de entrada de líquido al primer tanque. Esta servoválvula se activa con una señal de 4-20 mA, de tal forma que su apertura es del 0% para una señal de 4 mA, y del 100% para una señal de 20 mA. A la presión de servicio, laválvula abierta en su totalidad suministra un caudal de 2 litros/segundo. Suponer que sus características de funcionamiento estáticas son lineales. Su dinámica de puede modelar como un sistema de 1 orden con una constante de tiempo de 7 segundos. En la salida del cuarto tanque se ha instalado un caudalímetro que tiene las siguientes características. Señal de salida 4-20 mA, para un rango defuncionamiento de 0 a 4 litros/segundo. Suponer características estáticas lineales. Su dinámica es despreciable. Para fijar la producción se desea alcanzar un cierto caudal a la salida del tanque 4, manipulando la válvula del caudal de entrada al tanque 1. Se pide: 3.1 Dibujar el diagrama de bloques correspondiente al proceso completo, identificando todas las variables significativas (manipuladas, controladasy perturbaciones a la entrada y a la salida). Indicar sobre el diagrama de bloques las unidades físicas de todas las señales involucradas. Hallar la expresión de las funciones de transferencia en bucle cerrado respecto a la entrada de referencia y respecto a la entrada de perturbación para el sistema realimentado simple con controlador Gc. Para Gc ( s ) = K , calcular que ω f y la K a partir de...
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