Web conferencia. Paso 4 - Diseñar Diseñar e implem implemen enta tarr un circuito de control digital PID Control Digital
Actividades a desarrollar : Implementar un controlador PID en un microcontrolador PIC 16f877A para un sistema de calefacción. •
La simulación se debe desarrollar desarrollar en Proteus Proteus utilizando utilizando el Heated Oven (LumpedModel) (LumpedModel) y se establecerán los siguientes valores:
Temperature Ambient (°C)= 30 Thermal Resistence Resistence to Ambient (°C/W)= 0.7 Oven Time Constant (sec)= 10 Heater Time Constant (sec)= 1 Temperature coefficient (V/°C)= 1 Heating Power (W)= 120 •
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Para el análisis de la curva de reacción, se analizará la respuesta del sistema en lazo abierto ante una entrada escalón, dicha entrada escalón es de 0v a 20v. 20v. Se debe definir el modelo del sistema y analizar el comportamiento del sistema ante perturbaciones perturbacio nes de tipo escalón teniendo en cuenta que la temperatura límite o set point es de 90°C. Para ingresar las perturbaciones al sistema se debe hacer lo siguiente: Para el instante de tiempo t=0s se utiliza una de alimentación BAT1 de 20V, 20V, para el instante de tiempo t=50s se conmuta otra fuente de alimentación BAT BAT 2 de 30V y para el instante de tiempo t=120s se conmuta nuevamente a la fuente de alimentación BAT1 de 20V.
Documento guía:
Ruge, I. A. (2015). Método básico para implementar un
controlador digital pid en un microcontroladorpic par desarrollo de aplicaciones a bajo costo . Editorial Pearson Education. Prentice Hall. Tercera Edición. Capítulo I. (pp. 1-13). México, 1998. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/4993
Método básico para implementar un controlador digital PID en un microcontrolador pic para desarrollo de aplicaciones a bajo costo
“Este artículo tiene como propósito mostrar al lector un método de diseño práctico y
sencillo en el desarrollo de controladores digitales PID implementados en microcontroladores PIC. Para tal fin, se tomara como ejemplo un sistema de calefacción (heater ) al cual se le realizara inicialmente un modelamiento basado en el método de curva de reacción, calculo de parámetros y/o constantes de control PID mediante técnica de sintonización Ziegler –Nichols y por ultimo se mostrara la metodología de implementación de este controlador en un microcontrolador PIC16F877A, utilizando como herramienta de validación el software de simulación ISIS Proteus” Ruge, I. A. (2015). Método básico para implementar un
controlador digital pid en un microcontroladorpic para desarrollo de aplicaciones a bajo costo . Editorial Pearson Education. Prentice Hall. Tercera Edición. Capítulo I. (pp. 1-13). México, 1998. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/4993
Controlador PID Se puede indicar que un controlador PID responde a la siguiente ecuación: e(t) = error de la señal u(t) = entrada de control del proceso Kp = ganancia proporcional Ti = constante de tiempo integral Td = constante de tiempo derivativa.
En el dominio de la frecuencia, el controlador PID se puede escribir como:
SINTONIZACION DE CONTROLADOR MEDIANTE ZIEGLER-NICHOLS En lazo abierto, muchos procesos pueden definirse según la siguiente función de transferencia:
Los coeficientes K 0, τ0 (Tau ) y γ0 (Gamma) se obtienen de la respuesta del sistema en lazo abierto a una entrada escalón. Se parte del sistema estabilizado en y(t) =y 0 para u(t)=u0. Se aplica una entrada escalón de u 0 a u1 (el salto debe estar entre un 10% y un 20% del valor nominal) y se registra la respuesta de la salida hasta que se estabilice en el nuevo punto de operación
Según Ziegler-Nichols, la relación de estos coeficientes con los parámetros del controlador son:
La función de transferencia para el controlador PID digital se convierte en:
Y también se puede representar como:
Donde
Diseño paralelo de controlador PID.
ALGORITMO DE PROGRAMACION EN MICROCONTROLADOR El algoritmo utilizado para programar el PIC se muestra Figura. El muestreo (T) debe ser mayor que el tiempo de establecimiento del sistema en lazo abierto. En el modelo ZieglerNichols se toma un valor T < T 0 /4
F.T controlador PID
Determinación parámetros curva de reacción
Determinación parámetros curva de reacción
Los parámetros Kp, Ti y Td se calculan según la Regla de Sintonización de ZieglerNichols basada en la respuesta al escalón
Reemplazando los valores de Kp, Ti y Td en las ecuaciones dadas y estableciendo un periodo de muestreo T=0.1s según criterio T <τ0/4 , los parámetros del controlador discreto son:
Para realizar la implementación realizamos el siguiente montaje en Proteus
“IMPLEMENTACION DE CONTROLADOR DIGITAL PID EN MICROCONTROLADOR Consideraciones Preliminares : Se requiere de un conversor Análogo/Digital para ingresar el voltaje entregado por el sensor T del modelo OVEN. Dado que dicho terminal entrega 1V/°C, se utiliza un divisor de voltaje para adecuar la señal del sensor a niveles permitidos por el conversor A/D; en este caso se utiliza un divisor de voltaje con factor 100, es decir, que para una temperatura de 100°C (100V) el conversor recibirá 1V.
El control se realiza mediante una señal PWM proporcional a la señal generada por el controlador. Por tanto el uso del microcontrolador PIC16F877A [6] es pertinente para la aplicación descrita. Para la realización del código fuente se utilizo el compilador C CCS Compiler [4], [5]. De acuerdo al algoritmo planteado en la Figura 4 para programación de PID en el microcontrolador” Tomado textualmente de: http://www.edutecne.utn.edu.ar/microcontrol _congr/industria/MTODOB~1.PDF
En el código del PIC, se cambian los valores de a,b,c según las condiciones iniciales y el planteamiento de la guía. Dichos valores son diferentes a los utilizados en esta web conferencia.
Gracias!
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Enlace descarga Proteus (En la descripción del video encontrará los enlaces de descarga): https://www.youtube.com/watch?v=sqzRvkLVh9g Enlace descarga PICC: http://www.ccsinfo.com/ccsfreedemo.php
Bibliografía requerida para el desarrollo del paso 3: Sistemas de control en tiempo discreto. Katsuhiko Ogata. Segunda edición. https://es.slideshare.net/willbenavides1/sistemas-de-control-en-tiempo-discreto-porkatsuhiko-ogata Ruge, I. A. (2015). Método básico para implementar un controlador digital pid en un microcontroladorpic para desarrollo de aplicaciones a bajo costo. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/4993
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
