PID_temperatura_5

Diseño, Simulación y Construcción de un Control PID Aplicado a un Sistema Termico

Diseño, Simulación y
Construcción de un Control PID
Aplicado a un Sistema Térmico
M. en C. Romeo Urbieta Parrazales
Profesor e Investigador del CINTEC-IPN.

ste artículo trata tres aspectos mayores que son: el diseño, la simulación, y la construcción de un control PID (proporcional más integral más derivativo)aplicado a un sistema térmico.

E

El diseño del sistema de control
de temperatura comprende el modelado y cálculo de los parámetros
del controlador, el proceso de temperatura, y las interfaces entre la
computadora y el proceso. El comportamiento de la temperatura del
agua en el recipiente es un modelo
de primer orden expresado con la
transformada s. En este modelo se
muestra una curva de la variablede
temperatura con respecto al tiempo. En la curva del proceso de temperatura de lazo abierto se obtuvieron tres parámetros de interés que
son: la zona muerta, ganancia del
proceso, y la constante de tiempo.
El algoritmo de control empleado es
un sistema clásico PID cuyos parámetros Kp, Ki, Kd se obtuvieron
por el método de Ziegler & Nichols.
El algoritmo de control de temperatura implantado en laPC viene expresado en una ecuación de diferencias.
La simulación trata de representar la variable de temperatura del
agua de un recipiente con capacidad
de un litro. El rango de temperatura
del agua en el recipiente es de 25°C

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a 75°C con una precisión de 0.1°C.
La representación de la variable de
temperatura se llevó a cabo por
medio de la creación de un programa gráfico estructuradoen lenguaje
C++, el cual contiene las rutinas de
graficación y de cálculo de la variable de temperatura.
La construcción del sistema de
control PID aplicado a la temperatura del agua contenida en un recipiente de un litro consiste de tres
módulos mayores: el módulo de cálculo, consistente en una computadora PC 386; el módulo de conversión y de potencia, consistente en
una interface electrónicaconteniendo un puerto paralelo para capturar
y enviar datos, conversión de datos
de A/D y D/A, amplificador de
corriente y voltaje para excitar la
resistencia térmica que calienta al
agua, y amplificador para sensor de
temperatura; y el módulo físico, consistente de un recipiente de porcelana con capacidad de un litro, equipado con resistencia térmica y sensor de temperatura.
1. Introducción
Elobjetivo del sistema de control
de temperatura del agua contenida
en un recipiente es mantener la
temperatura del agua a un valor
deseado (“set point”) To.
La temperatura del sensor dentro del agua en el recipiente produce

polibits

un voltaje Es , proporcional a la
temperatura To. El voltaje obtenido
por el sensor se amplifica a un factor
K1 , obteniendo un voltaje Ef , el cual
es aplicado a unsumador juntamente con el valor deseado de voltaje
Evd. La diferencia de la señal de
voltaje desde el sumador es una
señal de error e.
La señal de error e se introduce
a la entrada del controlador PID
(proporcional más integral más derivativo) generando una señal de salida de control U, que alimenta después a un amplificador de potencia
cuya salida es Eh, para excitar una
resistencia eléctricasumergida en el
agua; este a su vez entrega una
entrada de calor qi causando que la
temperatura del agua sea To y también como el voltaje de retroalimentación Ef, para aumentarlo, y la
señal de diferencia en la salida del
amplificador sumador e, para decrementarlo (a consecuencia de la
retroalimentación negativa).
Cuando la señal de diferencia se
aproxima al valor de cero, el excitador de corriente cortala señal de
entrada de la resistencia eléctrica,
por lo tanto, el calor del agua deja de
aumentar. Como resultado, la temperatura del agua en el recipiente es
la del valor deseado de temperatura
To.
El sistema de control de temperatura de la figura 1a se puede
representar por un diagrama a blo-

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alimentado...