UN MODELAMIENTO Y CONTROL DE UN SISTEMA DE ALUMBRADO
David Avila CalderonInforme14 de Febrero de 2017
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MODELAMIENTO Y CONTROL DE UN SISTEMA DE ALUMBRADO
David Santiago Grosso Ramirez – 20132007090, David Ricardo Avila Calderón – 20132007104
Abstract— This document has as main objective the approach of a pilot project using the essential concepts for the creation and implementation of a dynamic system of discrete variable, i.e. which can only take values on/off. Based on this develops a project aimed towards the saving of electrical energy in lighting by reference to the time of power-the lamps of the spaces of freedom of movement in the Bogota city.
Resumen—Este documento tiene como objetivo principal el planteamiento de un Proyecto piloto utilizando los conceptos esenciales para la creación e implementación de un sistema dinámico de variable discreta, es decir que solo pueda tomar los valores on/off. Con base en esto se desarrolla un proyecto orientado hacia el ahorro de energía eléctrica en el alumbrado público tomando como referencia el momento de encendido y apagado de las lámparas de los espacios de libre circulación en la ciudad de Bogotá
Indice de términos — báculo, baquelita, interruptor, relevador, fotocelda, amplificador.
INTRODUCCION
E
ste documento se enfoca en el diseño y elaboración de un Sistema dinámico en el cual se controle el momento de encendido y apagado de las lámparas del alumbrado público en determinada región, utilizando un circuito electrónico constituidos por sensores, amplificadores, transistores, entre otros elementos. Esto con el fin de mantener un nivel mínimo de iluminación en las calles generando menos costos, ya que el sistema será autónomo y se encenderá cuando el medio lo necesite y no cuando un operario se lo ordene.
A. PREGUNTA PROBLEMA.
¿Cómo lograr que el alumbrado público mantenga un nivel mínimo de iluminación en las calles, al menor costo posible?
20 de Agosto de 2015
Presentado al profesor Adolfo Jaramillo. IE, M.Sc., Ph.D. Líder del área de control y automatización.
David Ricardo Ávila Calderón estudiante de ingeniería eléctrica de la Universidad distrital Francisco José de Caldas (craaps4@gmail.com).
David Santiago Grosso Ramírez estudiante de ingeniería eléctrica de la Universidad distrital Francisco José de Caldas (davidsantiagogrosso@gmail.com).
OBJETIVOS
A. Objetivo General.
Realizar el diseño, modelamiento y control de un sistema dinámico discreto para la iluminación de determinada región, controlado automáticamente por sensores.
B. Objetivos específicos.
Establecer los factores económicos que influyen directa o indirectamente en la realización de este proyecto.
Plantear diversas ideas que nos permitan determinar una solución viable para el diseño y modelado del sistema de alumbrado público, haciendo uso de modelos matemáticos y algunos tipos de sensores.
Indagar acerca de los beneficios y dificultades que traería consigo la implementación de dicho sistema.
MARCO TEORICO
Un sistema dinámico es aquel que cambia con el tiempo. El análisis de los sistemas dinámicos nos permite conocer el comportamiento del mismo y evolución en el tiempo.
Al construir modelos matemáticos de un sistema dinámico podemos construir modelos artificiales en cómputo con el fin de variar sus parámetros y predecir diferente comportamiento.
El control es la estrategia usada para manipular un sistema dinámico de forma que su comportamiento siga patrones deseados en el tiempo. [1]
A. Tipos de Sistemas.
1) Sistema de Variable Continua.
Son aquellos en donde el tiempo se considera ininterrumpido, al menos en el tiempo de la operación. Una variable continua es generalmente creada para ser analógica, lo que significa que puede tener cualquier valor dentro de cierto rango. Ejemplos de estas incluyen fuerza, temperatura, flujo, presión, velocidad y posición. Todas estas variables se consideran continuas pudiendo tener cualquier valor real dentro del rango válido de valores. [1]
2) Sistemas de Variable Discreta.
Son aquellos sistemas que solo toman ciertos valores dentro de un rango dado. El tipo más común son los sistemas con variables discretas del tipo binario, es decir que solo pueden tomar los valores de 0 o 1, ON-OFF, Cerrado o abierto, etc.
Ejemplos de variables discretas son los interruptores límite, motores a pasos, presencia o no de piezas de trabajo, etc. [1]
3) Sistemas híbridos.
Los sistemas híbridos son una combinación de los sistemas discretos y continuos. Pueden poseer ambos tipos de variables y su estructura puede contener también modelos de funciones matemáticas mezcladas. Estos sistemas surgen de la necesidad de modelar los sistemas mecatrónicos más complejos de forma que puedan incluir los comportamientos continuos y discretos en un solo modelo.
Ejemplos de esos sistemas pueden ser las máquinas de control numérico, los sistemas de comunicación electrónica, sistemas de transporte, de producción, etc. [1]
Planta: se designará como planta a cualquier objeto físico que pueda ser controlado. Puede ser un equipo, quizás simplemente un juego de piezas de una máquina funcionando juntas, cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Ejemplos de plantas son: horno de calentamiento, reactor químico, etc. [2]
Proceso: se definirá como una operación o conjuntos de pasos con una secuencia determinada, que producen una serie de cambios graduales que llevan de un estado a otro, y que tienden a un determinado resultado final. Se denominará proceso a cualquier operación que se vaya a controlar. Ejemplos de procesos son: químicos, económicos, biológicos, etc. [2]
Sistema: de forma más general, podemos definir a un sistema como un arreglo, conjunto o combinación de cosas conectadas o relacionadas de manera que constituyen un todo.
De forma científica podemos definirlo como un arreglo de componentes físicos conectados o relacionados de tal manera que formen una unidad completa o que puedan actuar como tal; en otras palabras: Un sistema es una combinación de componentes que actúan conjuntamente, con un determinado objetivo a cumplir. [2]
Control: esta palabra se usa para designar regulación, gobierno, dirección o comando. [2]
Sistema de control: es un arreglo de componentes físicos conectados de tal manera que el arreglo pueda comandar, dirigir o regular, asimismo o a otro sistema. Estos sistemas comandan dirigen o controlan dinámicamente. [2]
Entrada de un sistema: Es una variable del sistema elegida de tal manera que se la utiliza como excitación del mismo. [2]
Salida de un sistema: Es una variable del sistema elegida de tal modo que se la utiliza para analizar los efectos que produjo una excitación en la entrada del mismo. [2]
Entrada de un sistema de control: Es una variable del sistema controlado que se elige de modo tal que mediante su manipulación se logra que el sistema cumpla un objetivo determinado.
Las variables de entrada, son variables que ingresan al sistema y no dependen de ninguna otra variable interna del mismo. [2]
Salida de un sistema de control: Es una variable del sistema controlado que se elige de modo tal que mediante su estudio se analiza si el sistema cumple o no con los objetivos propuestos. Se verá más adelante que en los sistemas realimentados esta señal de salida contribuye a realizar el control propuesto. [2]
COMPONENTES PRINCIPALES DE LA PLANTA.
Para el montaje de la planta se utilizan una serie de componentes, los cuales permitirán el óptimo desarrollo del proyecto, teniendo en cuenta el modelado del sistema y el diagrama de bloques del mismo, dichos componentes se mencionan a continuación:
A. Fotocelda
Las fotoceldas son pequeños dispositivos que producen una variación eléctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de la luz. Las fotoceldas pueden clasificarse como fotovoltaicas o fotoconductoras.
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