control de iluminacion por sistema PID, Guías, Proyectos, Investigaciones de Sistemas de Control

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE NUEVO LEÓN

PROYECTO FINAL

Control de Iluminación por PID

Contenido

Introducción......................................................................................................................................................................... Controlador PID................................................................................................................................................................... Fig 1-. Esquema Básico de control PID................................................................................................................................. Control PID........................................................................................................................................................................... Figura 2-. Controlador PID continuo.................................................................................................................................... Figura 3-. Grafica control PID............................................................................................................................................... Parámetros de control......................................................................................................................................................... Ganancia proporcional (Kp)................................................................................................................................................. Figura 4-. Ganancia proporcional......................................................................................................................................... Constante de tiempo integral (Ti)........................................................................................................................................ Figura 5-. Constante de tiempo............................................................................................................................................ Constante de tiempo derivativa (Td).................................................................................................................................... Figura 6-. Constante de tiempo derivativa........................................................................................................................... Acciones de control.............................................................................................................................................................. Acción proporcional............................................................................................................................................................. Figura 7-. Diagrama acción proporcional............................................................................................................................. Acción integral..................................................................................................................................................................... Figura 8-. Diagrama acción integral...................................................................................................................................... Acción derivativa.................................................................................................................................................................. Figura 9-. Diagrama acción derivativa.................................................................................................................................. Materiales............................................................................................................................................................................ Hardware............................................................................................................................................................................. Figura 11-. Planta (caja de cartón)....................................................................................................................................... Figura 10.-Arduino uno........................................................................................................................................................ Figura 14-. Resistencia 220 ohms......................................................................................................................................... Figura 13-. Resistencia LDR.................................................................................................................................................. Figura 17-. Placa perforada 5x5........................................................................................................................................... Figura 16-. Capacitor 100nF................................................................................................................................................. Figura 19-. Bornera 2 pines.................................................................................................................................................. Figura 21-. Cable..................................................................................................................................................................

Introducción En este proyecto se realizará una controlador PID (controlador proporcional, integral y derivativo) el cual nos ayuda a poder calcular la diferencia entre nuestra variable real contra la variable deseada . En donde se realizará una planta con un sistema con control PID iluminación, el cual el controlador está integrado al diseño previamente realizado de la planta, un divisor de corriente y el control PID del sistema. Controlador PID El control PID es un mecanismo de control que a través de un lazo de retroalimentación permite regular la velocidad, temperatura, presión y flujo entre otras variables de un proceso en general. El controlador PID calcula la diferencia entre nuestra variable real contra la variable deseada. Fig 1-. Esquema Básico de control PID

PID^ Proceso

Control PID

El control PID combina las El control PID combina las tres acciones: Proporcional (P) Integral (I) Derivativa (D) Figura 2-. Controlador PID continuo Figura 3-. Grafica control PID

Acciones de control

Acción proporcional

Produce una señal de control proporcional a la señal de error. Características: Simple Fácil de sintonizar Puede reducir, pero no eliminar, el error en estado estacionario.

Acción integral

Proporciona una corrección para compensar las perturbaciones y mantener la variable controlada en el punto de consigna. Características: Elimina errores estacionarios Más del 90% de los lazos de control utilizan PI Puede inestabilizar al sistema si Ti disminuye mucho

Acción derivativa

Anticipa el efecto de la acción proporcional estabilizar más rápidamente la variable controlada después de cualquier perturbación Figura 7-. Diagrama acción proporcional Figura 8-. Diagrama acción integral Figura 9-. Diagrama acción derivativa

Materiales Para poder realizar este proyecto se utilizaron diferentes tipos de materiales para así poder realizar la planta de una manera exitosa, así mismo se hizo uso de la electrónica junto con el controlador. Hardware Figura 10.-Arduino uno Figura 12.- Led Blanco Figura 15-. Potenciómetro Figura 11-. Planta (caja de cartón) Figura 17-. Placa perforada 5x Figura 16-. Capacitor 100nF Figura 14-. Resistencia 220 ohms Figura 13-. Resistencia LDR

Software

• IDE de Arduino versión 1.8.
  • LabVIEW 2018
    • NI Visa
• LabVIEW Interface for Arduino
• MATLAB 2018
• Excel (2017)

Planta

La planta se construyó en forma rectangular con material de cartón, se pintó de negro y quedo totalmente sellada para evitar posibles errores en el sistema.

Figura 22-. Planta

DIVISOR DE VOLTAJE

El siguiente paso que se realizó fueron las conexiones siguiendo el diagrama divisor de voltaje y de la misma manera se soldó el circuito en una placa perforada. CALIBRACION DE VOLTAJE DE SALIDA Para la realizacion de este paso es necesario que el diodo led se encuentre encendido dentro de la planta y su voltaje de entrada sera de 5v.

Figura 23-. Circuito

Eléctrico

Figura 24-. Calibración de voltaje

Sintonización Para poder llegar a sintonizar nuestro controlador PID se utilizó el software de Matlab Figura 27-. Labview sintonización Figura 28-. Diagrama de bloques 2^ sintonización

Al momento de sincronizar nuestro controlador PID se toman dato durante los primeros 20 segundo los cuales se debieron de guardar a un archivo de texto que nosotros previamente elegimos. Al momento de terminarse esos 20 segundo los datos arrojadores al archivo de texto fueron copiados directamente a un archivo nuevo de EXCEL Después de tener los datos en Excel previamente guardados, se debe de seleccionar un numero de datos para así poderlos enviar a matlab Figura 29-. Datos en Excel

Figura 30-. Datos en Matlab

Una vez visualizada la función se procede a poder abrir la aplicación integrada de Matlab llamada PID Tuner para poder visualizar la gráfica propuesta por Matlab y poder así ajustar parámetros de tiempo de respuesta y comportamiento. Figura 32-. Grafica de comportamiento en Matlab

Datos obtenidos Método Ziegler-Nichols.

Cálculo de constantes (Ziegler-Nichols)

Resultados

Al momento de sincronizar los datos obtenidos mediante Matlab los cuales son los siguientes Sincronización Matlab Kp=0. Ki=4. Kd=0. Se obtuvo un comportamiento de la gráfica de la siguiente manera Los cuales son correctos debido a la cantidad de datos que hemos seleccionado y al principio no muestra un comportamiento como lo marcaba la gráfica ya que presenta ondulaciones como era de esperarse. Al inicio se puede observar un comportamiento extraño, pero este se debe a la entrada de luz que no había visualizado previamente. El sistema tiende a comportarse de distinta manera dependiendo de la luminosidad del Led. Ya que esta se puede manipular de distintas maneras.