Sintonía Control PID, Control en Cascada y Control Feedforward

Sintonía Control PID, Control en Cascada y Control Feedforward

Considere un biorreactor que opera de forma continua (CSTR) y se desea controlar la concentración de Biomasa a la salida del reactor.

[pic 1]

Donde los parámetros del modelo están definidos en el archivo “modelo”, utilizando D:0.03 1/min y S0: 6 g/L.

1. Identifique las funciones de transferencia de lazo abierto entre la concentración de entrada de sustrato (Gd), la velocidad de dilución (Gp) y la concentración de salida de biomasa.
2. Incorpore una perturbación sinusoidal en la concentración de entrada de sustrato de amplitud 5 y frecuencia 0,002; simule el impacto de esta perturbación en el control de la biomasa.
3. Sintonice:

1. Un controlador PI por el método Z-N
2. Un controlador PID por el método Z-N
3. Un controlador PID por dos métodos distintos a Z-N (T-L, IAE, ITAE).

y reemplácelo por el controlador proporcional. Comente sus resultados, enfocándose en las ventajas y desventajas de cada uno (offset, tiempo de respuesta, sobrepaso, etc).

1. Implemente un esquema de control FB/FF y compare su respuesta con un control puramente FB.

Hint: Utilice una función de desempeño J para comparar la calidad de los controladores anteriores. (Bloque añadido en CSTR_Base_3)

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Soluciòn

1. Como se observa en el procedimiento del video se evalua el esacalòn de cada una de estas variables, realizando un escalòn positivo y negativo que debe estar asociado a lo que se ha encontrado en la literatura para el tipo de proceso. En este caso la tasa de diluciòn se trabajara con ±40% y la concentraciòn de sustrato de ± 2g/L.

1. En esta sección se debe incorporar la perturbación signosolidal y ver como afecta la biomasa en los rangos evaluados en la perturbación.

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Biomasa de Referencia y Perturbada

[pic 4][pic 5]

Se puede observar que efectivamente hay una diferencia significativa al agregar la perturbación baja de casi 10 g/L a aproximadamente 6 g/L.

1. En esta sección se debe tomar el Kp, ꚍp y ɵp y utilizar el Excel “Ajuste_PID” para determinar el Kcu y ꚍcu que automáticamente nos arroja en la siguiente pestaña los valores necesarios para evaluar la sintonía de control como se observa en las siguientes figuras.

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[pic 7]

Ahora lo que se hace es ir a las condiciones iniciales de estado estacionario que está en el script “model” y cambiarlos por los que tenemos actualmente. Para empezar a evaluar los lazos de control, determinando el error y graficas de cada uno.

Observando la tabla de errores las mejores alternativas para este lazo de control serían así 1. IAE, 2. ITAE, 3. T-L PI y 4. Z-N P. Si se toma como referencia el caso base (Z-N P) la tercera opción (T-L PI) tiene un gran sobrepaso y mayor tiempo de respuesta, por lo tanto, no sería el apropiado. En el IAE y ITAE se tiene un pequeño sobre paso que realmente no parece significativo, es un sistema un poco más lento que el caso base, adicionalmente si se amplía la escala se puede observar una pequeña desviación del valor de referencia (offset), pero realmente son una buena alternativa. El caso base (Z-N P) tiene un tiempo de respuesta rápido y aunque tiene sobre paso al inicio, lo compensa rápidamente, además no presenta offset, por lo tanto, se propondría trabajar con esta estrategia de control al menos en estas condiciones.

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