Control de una caldera de vapor industrial
Enviado por karina1111 • 2 de Julio de 2018 • Trabajos • 722 Palabras (3 Páginas) • 155 Visitas
Trabajo de clase
Control de una caldera de vapor industrial
El presente trabajo de basa en el control de una caldera de vapor industrial para el cual se diseña una estructura de control multivariable y se aplican técnicas de control avanzado. El sistema está comprendido por tres variables de entrada (combustible, aire y agua), tres variables de salida (presión de vapor, porcentaje de oxígeno y nivel de agua) y una variable no manipulada (demanda de vapor). Dentro de las especificaciones del sistema se sabe que el funcionamiento de la caldera está en torno a sus puntos de operación y las únicas perturbaciones presente son ruido y la demanda de vapor. El modelo lineal del sistema es el siguiente:
[pic 1]
[pic 2]
Donde las salidas y1, y2, y3 y sus puntos de equilibrio corresponden:
Presión de vapor | y1(s) | y1*(s)=60% |
Exceso de Oxígeno | y2(s) | y2*(s)=50% |
Nivel de agua | y3(s) | y3*(s)=50% |
Las entradas u1, u2, u3 y sus puntos de equilibrio:
Combustible | u1(s) | u1*(s)=32.21% |
Aire | u2(s) | u2*(s)=36.01% |
Agua | u3(s) | u3*(s)=57.57% |
Para comenzar el diseño del controlador multivariable se debe encontrar la matriz de ganancias relativas para realizar el emparejamiento de los controladores que vamos a diseñar.
A partir de la matriz K se encuentra la matriz de ganancias
[pic 3]
[pic 4]
A partir de esta matriz se decide diseñar los controladores para las funciones de transferencia G11, G22, G33 debido a que son las ganancias más altas de cada fila y columna.
[pic 5]
Ilustración 1. Emparejamiento
Para el diseño de los controladores de las funciones de transferencia G11 y G22 se diseñan controladores PI utilizando el método de Ziegler–Nichols, donde los valores de Kp y Ti dependen de la siguiente tabla:
[pic 6]
Ilustración 2. Parámetros de controladores PID
Diseño del controlador para la función de transferencia G11
[pic 7]
Identificar los parámetros
K=0.3576
To=6
Yo=44.795
Se diseña un controlador PI
[pic 8]
Configuración bloque PI
[pic 9]
Ilustración 3. Controlador PI función G11
Las estructuras de control avanzadas que se utilizan para esta función son el predictor de SMITH debido a su retardo y control Feedforward debido a las perturbaciones presentes a la salida del sistema.
Se prueba el controlador independientemente obteniendo los siguientes resultados:
[pic 10]
Ilustración 4. Controlador G11
[pic 11]
Ilustración 5. Respuesta G11 ante un escalón
Diseño del controlador para la función de transferencia G22
[pic 12]
Identificar los parámetros
K=6.4756
To=7.1
Yo=7.6735
Se diseña un controlador PI
[pic 13]
Configuración bloque PI
Debido a que con los valores obtenidos por el método de Ziegler–Nichols se obtiene un tiempo de establecimiento lento se cambian los valores para obtener una respuesta más rápida a lo que se obtiene:
[pic 14]
Ilustración 6. Configuración PI G22
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