Proyecto Final: Control de Temperatura mediante el control

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Instituto Tecnológico Superior de Irapuato

* Soto Morales José Luis IS11110280

Electromecánica

Materia: INGENIERÍA DE CONTROL CLÁSICO

Proyecto Final: Control de Temperatura mediante el control (P-I)

Profesor.- Miguel Ángel Mancilla Morelos

Julio del 2015

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RESÚMEN

Hay dos divisiones principales de la teoría de control, es decir, clásicos y modernos, que tienen implicaciones directas sobre las aplicaciones de ingeniera de control. La teoría desarrollada para el control de procesos, desde el punto de clásico y moderno tiene su base esencial en el conocimiento de la dinámica del proceso que se desea controlar. Desde la teoría clásica de control, considerando el caso más sencillo de un sistema lineal de una entrada y una salida (SISO) del diseño del sistema. Esta dinámica normalmente se expresa haciendo uso de ecuaciones diferenciales ordinarias, y en el caso de sistemas lineales, usando de igual manera la transformada de Laplace para obtener así de una representación matemática que relaciona la señal que se quiere controlar y la señal de entrada al sistemas. Un controlador diseñado por la teoría clásica por lo general requiere en el lugar de sintonía debido a las aproximaciones de diseño. Los controladores de diseñado con la teoría de control clásica comunes son los CONTROLADORES PID. En contraste, la teoría de control moderna se lleva acabo estrictamente en el complejo ‘S’ o el dominio de la frecuencia y puede lidiar con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de sistemas. Esto para diseño sofisticado, como el control de aviones de combate etc., En el diseño moderno, un sistema representa como un conjunto de primer orden ecuaciones diferenciales. El área de control moderno tiene muchas áreas que explorar. En este proyecto final de la materia de ingeniería de control clásico se lleva a cabo un control de temperatura mediante el control Proporcional-Integral y con ayuda de algunos otros elementos electrónicos claves sin los cuales el presente proyecto no puede ser posible y estos componentes son: el transistor LM35 y la resistencia cerámica

INTRODUCCIÓN

En los procesos industriales de fabricación es de vital importancia el control de variables continuas (temperatura, presión, nivel de flujo etc.,) en las diferentes partes de la línea de producción siendo clave en el desempeño de cada subproceso el mantener en condiciones estándar las variables continuas involucradas en el. La calidad del producto final refleja que tan bien el proceso controla las variables continuas en las diferentes etapas que lo constituyen. Cada lazo de control de las variables continuas consideradas debe diseñarse con cierta estrategia que permita, al trabajar en conjunto todos los sistemas de lazo cerrado, asegurar el desempeño del sistema total. En los procesos de producción es común utilizar un controlador industrial de procesos como instrumento que se encarga de controlar las variables analógicas involucras en los procesos. También la mayoría de ellos ofrece una configuración del clásico controlador de componentes proporcional (P), integral (I) y derivativo (D), mediante una determinada ley de control digital que no necesariamente el diseñador la conoce.

MARCO TEÓRICO

A continuación de darán algunas definiciones así como algunos parámetros de los componentes electrónicos de mayor relevancia para la realización del proyecto de control de temperatura mediante el control proporcional integral.

Definición de control: Es la acción o el efecto de poder decidir sobre el desarrollo de un proceso o sistema. También se puede entender como la forma de manipular ciertas variables para conseguir que ellas u otras variables actúen en la forma deseada. Es un enfoque interdisciplinario para el control de sistemas y dispositivos. Combina áreas como eléctrica, electrónica, mecánica, química, ingeniería de procesos, teoría matemática entre otras.

Amplificador Operacional: El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadoras analógicas, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.

Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de su tiempo: la válvula de vacío. El uso generalizado de los AO’s no comenzó realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse las técnicas de estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales, fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador operacional mediante diseño discreto de estado sólido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.

Con la posibilidad de producción en masa que las técnicas de fabricación de circuitos integrados proporcionan, los amplificadores operacionales integrados estuvieron disponibles en grandes cantidades, lo que, a su vez contribuyó a rebajar su cost0. Hoy en día el precio de un amplificador operacional integrado de propósito general, con una ganancia de 100 dB, una tensión offset de entrada de 1 mV, una corriente de entrada de 100 nA. Y un ancho de banda de 1 MHz. es inferior a 1 euro. El amplificador, que era un sistema formado antiguamente por muchos componentes discretos, ha evolucionado para convertirse en un componente discreto él mismo, una realidad que ha cambiado por completo el panorama del diseño de circuitos lineales.

Con componentes de ganancia altamente sofisticados disponibles al precio de los componentes pasivos, el diseño mediante componentes activos discretos se ha convertido en una pérdida de tiempo y de dinero para la mayoría de las aplicaciones dc y de baja frecuencia. Claramente, el amplificador operacional integrado ha redefinido las "reglas básicas" de los circuitos electrónicos acercando el diseño de circuitos al de sistemas. Lo que ahora debemos de hacer es a conocer bien los AOs, cómo funciona, cuáles son sus principios básicos y estudiar sus aplicaciones.

Tabla de características ideales y reales

Parámetro

Valor Ideal

Valor Real

Zin

∞

10 T Ω

Zout

0

100 Ω

Bw

∞

1 MHz

G

∞

100.000

Ac

0

Nota: Los valores reales dependen del modelo, estos valores son genéricos y son una referencia. Si van a usarse amplificadores operacionales, es mejor consultar el datasheet o características del fabricante.

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto:

150ºC = 1500mV ; -55ºC = -550mV

Características:

Sus características más relevantes son: http://lh4.googleusercontent.com/-XOR7lANE-9E/Uzew6U6t0vI/AAAAAAAABis/x5G65VpyHXQ/s1600/LM35DZ-Pinout-Diagram_TO-92_Centigrade-Temperature-Sensor-IC.png

* Está calibrado directamente en grados Celsius.

* La tensión de salida es proporcional a la temperatura.

* Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C.

* Baja impedancia de salida.

* Baja corriente de alimentación (60uA).

* Bajo costo.

El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que esté integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común es el TO-92, utilizada por transistores de baja potencia. También este sensor si es conectado a uno pero se obtiene una ganancia general y de salida.

Resistencia Cerámica:

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