ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación   “Identificación y diseño del controlador para un sistema de regulación de nivel en una caldera.” TESINA DE SEMINARIO Previo a la obtención del Título de: INGENIERO EN ELECTRICIDAD ESPECIALIZACIÓN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Presentada por: César Ernesto Wonsang Valle Carlos Eduardo Méndez Acevedo

OBJETIVOS PRINCIPALES Obtención de un modelo aproximado a una planta real utilizando el método experimental de identificación de sistemas. Diseñar un controlador acorde a la planta identificada. Dar a conocer a la comunidad de la Espol y otras universidades esta técnica de uso practico en la industria.

LA CALDERA Función de una caldera Tipos de Calderas Partes de la Caldera

IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA Es la modelación de sistemas dinámicos a partir de datos experimentales. APLICACIONES Plantas industriales (industrias petroleras y de alimentos) Sistemas electrónicos en general Sistemas Biológicos y Bio-informáticos. Sistemas económicos y financieros. Sistemas sociales (desordenes y enfermedades). DESARROLLO: Diseño del experimento y ejecución. Pre procesamiento de los datos. Selección de la estructura del modelo. Estimación de Parámetros. Validación del Modelo.

Planta Virtual Modelo matemático del calderín Modelo matemático de la zona de combustión Modelo matemático del recalentador Modelo matemático del pre calentador de aire Modelo matemático del colector de vapor

Modelo Matemático del Calderín Balance de materia:

Modelo Matemático del Calderin

Modelo matemático del calderín El modelo obtenido para el calderín se muestra en la figura :

Modelo matemático del calderin

Modelo matemático del calderín Balance de Energía: Si la energía interna es entonces :

Modelo Matemático del Calderin Donde (entalpía de condensación). Después:

Modelo matemático del calderín

Modelo matemático del calderín Con estos análisis previos se presenta el balance de energía en simulink.

PLANTA VIRTUAL

RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO ABIERTO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO Entrada Step de 30000lb/h correspondiente al set point de la caldera

RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO ABIERTO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO Existe un efecto integrador por lo cual el sistema es inestable

RESPUESTA DE LA PLANTA-LAZO CERRADO ANTE UNA SEÑAL DE ENTRADA PASO Respuesta de la planta en lazo cerrado

DISEÑO DE LA SEÑAL DE ENTRADA PRBS

DISEÑO DE LA SEÑAL DE ENTRADA MSS

ELECCION DE LA SEÑAL DE ENTRADA PRBS

ELECCION DE LA SEÑAL DE ENTRADA MSS

PRE-BLANQUEADO DE LA SEÑAL MSS La gráfica de la correlación se observa una relación o función diferente a una constante los cual nos dice que existe una dinámica entra nuestra señal de entrada y salida.

PROCESO DE LA SEÑAL DE ENTRADA AL IDENT Remover la media (se asemeje al ruido blanco ya que esta señal sería más amigable )

PROCESO DE LA SEÑAL DE ENTRADA AL IDENT

IDENTIFICACION NO PARAMETRICA Análisis de Correlación: Tiempo de estabilización Tiempo muerto Numero de orden de la función Tao dominante Análisis Espectral: Obtener la respuesta de frecuencia, específicamente la ganancia de banda media.

ANALISIS DE CORRELACION Orden de Filtro por default igual a 10

ANALISIS ESPECTRAL Blackman Tukey(Resolución de frecuencia por defecto)

IDENTIFICACION PARAMETRICAS Los métodos utilizados fueron: ARX ARMX OE BJ

METODO ARX Coeficientes (na=2,nb=2,nk=1)

METODO ARMAX Coeficientes (na=2,nb=1, nc=2,nk=1)

METODO ARMAX Coeficientes (na=4,nb=1, nc=4,nk=4)

METODO OE Coeficientes (nb=1 nf=2 nk=3)

METODO BJ Coeficientes (nb=1 nc=2 nd=2 nf=2 nk=1)

ELECCION DEL MEJOR MODELO Para tomar la decisión del método nos valemos de la respuesta al escalón, debido a que BJ 12221 y ARMAX 2121 son parecidas, como lo muestra la gráfica. BJ ARMAX

MODELO OBTENIDO La respuesta obtenida que describe el comportamiento de nuestra planta es: Modelo para señales discretas: A(q)y(t) = B(q)u(t) + C(q)e(t)   A(q) = 1 - 1.786 (+-0.0008515) q^-1 + 0.884 (+-0.0006856) q^-2 B(q) = 0.0002935 (+-9.359e-007) q^-1 C(q) = 1 + 1.108 (+-0.01695) q^-1 + 0.5506 (+-0.01696) q^-2

CONTROLADOR Exportamos nuestra planta a SISOTOOL

CONTROLADOR Respuesta Discreta a continua

CONTROLADOR Trayectoria de raices

CONTROLADOR

CONTROLADOR

CONTROLADOR

CONTROLADOR

gRACIAS POR TODO LO ENSEÑADO…