MODELO COMPARATIVO ENTRE CONTROLADORES PID Y DIFUSO MEDIANTE SIMULACIONES A UNA PLANTA DE NIVEL

MODELO COMPARATIVO ENTRE CONTROLADORES PID Y DIFUSO MEDIANTE SIMULACIONES A UNA PLANTA DE NIVEL

COMPARATIVE MODEL BETWEEN PID AND FUZZY CONTROLLERS BY SIMULATIONS MADE TO LEVEL PLANT

Juan David Díaz Ramos

Estudiante Ingeniería Electrónica, juan.diaz.ramos@unillanos.edu.co

Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad de los Llanos, Villavicencio – Meta, Colombia.

RESUMEN: Importante es el avance aplicativo de la teoría de control en la industria para el manejo de diferentes procesos que requieren una constante inspección y que brinde un correcto funcionamiento; asimismo la elección del tipo de control que se ajuste más a las necesidades. El presente artículo muestra el diseño y simulación de un controlador PID y un controlador difuso, ambos aplicados a una planta de nivel con el fin de establecer una comparación, definir ventajas y desventajas de cada uno y finalmente elegir el más eficiente. A través del software Matlab se realizaron los respectivos diseños y las respectivas simulaciones para el análisis de resultados.

PALABRAS CLAVE: Controlador PID, controlador difuso, planta de nivel.

ABSTRACT: Important is the applicative advance of the theory about Control in the industry for the management of different developments, which require a constant viewing that offer a correct performance; likewise the selection of the kind of control that adapt better to the necessities. The present Article introduce the design and simulation of a PID controller and a fuzzy controller, both applied to a level plant with a view of establishing a contrast, determine advantage and disadvantage of each one and finally choose the efficient. Through Matlab software realized the respective design and simulations to the analysis of results.

KEY WORDS: PID controller, fuzzy controller, level plant.

1. INTRODUCCIÓN

Son diversas las variables a manipular en todo tipo de procesos industriales, entre ellas se encuentran la temperatura, presión, flujo o nivel. Esta última, ampliamente utilizada en procedimientos donde interviene el continuo monitoreo de alimentos como la leche, contenedores de chocolate o depósitos de cerveza. De la misma forma, el control de estas variables requiere precisión y estabilidad, siendo allí donde aparecen los diferentes tipos de controladores para dar solución a ello.

Actualmente, los controladores PID son los más aplicados en la industria para el control de procesos, más del 90% de los lazos de control destinados a este campo son de tipo PID, esto debido a que ofrecen una alta confiabilidad y fácil manejo en su implementación. El diseño de los mismos se puede realizar mediante métodos empíricos que apoyados en el uso de software mejoran considerablemente su desarrollo.

A la hora de requerir un tipo de controlador más robusto y al mismo tiempo que no demande mayor complejidad, se suele hacer uso de la lógica difusa, la cual ha dado un aporte sustancial en diferentes campos desde la robótica y generación de energía renovable en turbinas eólicas, hasta controladores difusos adaptativos donde ha conseguido un éxito mayor aplicado a la industria. [1]

El presente documento, muestra algunas de las diferencias en el diseño y aplicabilidad de los dos tipos de controladores ya mencionados, empleados en el control de una planta de nivel, partiendo desde una breve explicación acerca de los elementos que los constituyen, las bases en las que se fundamentan, hasta su desarrollo y conclusión.

De esta manera, a través de la herramienta Matlab se exponen resultados hechos desde el modelado de la planta, diseño de los controladores y gráficos en donde se aprecian los resultados obtenidos y el comportamiento del modelo que se obtuvo.

1. MARCO TEÓRICO

Al aplicar la teoría de control clásico, es importante conocer el proceso que se quiere trabajar, hacer un análisis riguroso de éste y poder llevarlo desde la realidad hacia el papel por medio de un modelado matemático que permita una interpretación más acorde al desarrollo que se desea implementar. Para el diseño de un controlador PID es esencial partir de una ecuación matemática que defina al sistema en cuestión, lo cual requiere una serie de conocimientos previos en el modelamiento de sistemas.

1. MODELADO

Existen dos diferentes técnicas de modelación de sistemas útiles que ayudan a definir una estructura completa del modelo de un proceso, que dependiendo del conocimiento de este, la información disponible y el acceso a sus variables, puede ser empírico o analítico.

Los métodos empíricos consisten en excitar el proceso con entradas conocidas, luego medir las salidas (y aquellas variables internas que sean accesibles) y finalmente correlacionar tales entradas y sus respuestas respectivas. Los métodos analíticos se basan en el proceso de abstracción (idealización), suponen un cabal conocimiento del proceso en estudio y se traducen en una serie de relaciones entre las variables internas y externas del sistema. [2]

En la figura 01 se observa la representación de un sistema en diagrama de bloques, el cual está compuesto por variables de entrada y de salida. Este esquema se describe de forma particular ya que se encuentra en lazo abierto, es decir, la salida depende únicamente de la entrada.

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Figura 01. Esquema de un sistema.

Fuente: El autor.

1. CONTROLADOR PID

Para el estudio de los controladores PID en general, es necesario conocer cómo está constituido y la función que cumple cuando se aplica a un sistema, para ello es conveniente representarlo como en el esquema anterior en un diagrama de bloques donde el controlador (C) entrará a modificar la planta (G) a través de una señal de control (M), a esto se le conoce como sistema de control en lazo abierto.

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Figura 02. Sistema de control en lazo abierto.

Fuente: El autor.

Los sistemas de control de lazo cerrado son aquellos en que la salida o señal controlada debe ser retroalimentada (H) y comparada con la entrada de referencia; se debe enviar una señal actuante o acción de control (M) que responda a la diferencia entre la entrada y la salida a través del sistema para disminuir el error (E) y corregir la salida. [3]

[pic 4]

Figura 03. Sistema de control en lazo cerrado.

Fuente: El autor.

El controlador PID es una estructura de control en la que la señal de control del proceso se expresa en función del error, según la expresión estándar:

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