ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

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 ELECTRICIDADESPECIALIZACIÓN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

 Presentada por:

César Ernesto Wonsang ValleCarlos 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 CALDERÍNBalance 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

Si la energía interna es entonces :

Balance de Energía:

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 OBTENIDOLa 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^-2B(q) = 0.0002935 (+-9.359e-007) q^-1

C(q) = 1 + 1.108 (+-0.01695) q^-1 + 0.5506 (+-0.01696)

q^-2

CONTROLADORExportamos nuestra planta a SISOTOOL

CONTROLADORRespuesta Discreta a continua

CONTROLADORTrayectoria de raices

CONTROLADOR

CONTROLADOR

CONTROLADOR

CONTROLADOR

GRACIAS

POR TODO LO ENSEÑADO…