mantenimiento predictivo

Identificación y control
del tubo
(Prácticas 5 y 6)

ÍNDICE

1. Introducción

1

2. Obtención del modelo por primeros principios

2

3. Montaje

3

4. Punto de funcionamiento

3

5. Identificación

4

5.1 Bucle abierto

4

5.1.1 Obtención del modelo usando técnicas de SAU

5

5.1.2 Modelo mediante herramienta de identificación

6

5.2 Bucle cerrado

86. Diseño del regulador

12

7. Implementación del regulador

15

7.1 Reajuste de parámetros

15

7.2 Filtro

16

7.3 Comportamiento del sistema

17

7.4 Control usando cm en lugar de voltios

18

8. Conclusiones

19

1

1. INTRODUCCIÓN
La práctica consiste en la identificación y control de una plataforma dentro de un tubo. El
sistema consiste en una plataformacircular dentro de un tubo transparente. El actuador del
sistema consiste en un ventilador colocado en la parte inferior, este impulsa el aire y provoca
que se eleve la plataforma. El ventilador esta conectado a una etapa de potencia para
proporcionar la potencia necesaria. Para la medición de la altura a la que se encuentra la
plataforma se una un sensor de distancia situado en la parte superiordel tubo.

Fig. 1 – Dibujo del sistema con el que trabajaremos

2. OBTENCIÓN DE MODELO POR PRIMEROS PRINCIPIOS
En el sistema influyen las siguientes fuerzas, la fuerza de la gravedad, la fuerza debida a la
diferencia de presiones en la plataforma, la fuerza de rozamiento de la plataforma con el tubo,
y la fuerza de rozamiento viscoso de la plataforma con el aire.
Considerando que el tuboesta completamente vertical se puede despreciar la fricción tuboplataforma. Para simplificar también se considerará despreciable la fuerza de fricción viscosa,
aunque es la principal causa de la histéresis en la respuesta del sistema.

̈

∑

Quedando el modelo:

2

d 2x
S k
 g 
V
2
M
dt
Como se observa con este modelo ideal el sistema tendría dos integradores, y la funciónde
transferencia ideal tendría esta forma: G ( s ) 

K
.
s2

Si no se desprecia el rozamiento, incluyendo el término k f 
de la forma G ( s) 

dx
en el balance, la FdT quedaría
dt

K
, de segundo orden y con un solo integrador.
s( s  a)

3. MONTAJE
El montaje dispone de una entrada de 0 a 10 V, por la que se le proporciona la acción de
control del ventilador. Una salida de 0a 10 V proveniente del sensor de distancia. Estas señales
van conectadas a la tarjeta de adquisición de datos del computador. Mediante un instrumento
virtual de Labview se realizaran los experimentos necesarios para la identificación y la
posterior implementación del controlador.
Las conexiones son las siguientes:

Fig. 2 – Esquema de conexionado

4. PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
Se va a iraumentando la tensión de entrada de forma manual hasta que se consiga igualar las
fuerzas que afectan a la plataforma y esta se consiga suspende en el aire. Esto se conseguirá
cuando el ventilador gire a una velocidad suficiente para provocar una diferencia de presiones
suficiente para contrarrestar el efecto de gravedad.

3

Fig. 3 - Posición estable ante entrada de 7.01 V

Como seaprecia en la figura anterior, proporcionando una salida de 7.010 V la plataforma se
queda suspendida en un punto más o menos fijo. En la gráfica superior se observa que la
plataforma fluctúa alrededor de 4 V de la salida del sensor.
Al repetir el experimento se observó que para una acción de control de entre 6.99 y 7.01 el
sistema se estabiliza.
Las fluctuaciones que se observan ponen enrelevancia lo sensible que es el sistema a
perturbaciones exteriores.
También destacar que el ventilador es algo pequeño para el sistema, es necesario
proporcionar 7.01 voltios de 10 para estabilizar el sistema en un punto.

5. IDENTIFICACIÓN
Se va a identificar el sistema mediante dos técnicas, una en bucle abierto y la otra mediante
bucle cerrado.
5.1. BUCLE ABIERTO
Para la identificación del...