Control PID con Sensores y Actuadores en Matlab y Simulink PDF

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FAC U LTA D D E I N G E N I E R I A E N S I S T E M A S E L E C T R O N I C A E I N D U S T R I A L I N G E N I E R Í A E N T E L E C O M U N I CAC I O N E S Tema: Sistema de control (PID) con se...

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FAC U LTA D D E I N G E N I E R I A E N S I S T E M A S E L E C T R O N I C A E I N D U S T R I A L I N G E N I E R Í A E N T E L E C O M U N I CAC I O N E S Tema: Sistema de control (PID) con sensores y Actuadores en Matlab y Simulink. DOCENTE: PhD. Carlos D. Gordón G. NIVEL:  4to “A” Asignatura: Software de Simulación 1  MOTIVACION Asignatura: NN 2  OBJETIVOS DE LA CLASE Objetivo General Desarrollar un sistema de control mediante PID implementado en Simulink con sensor de temperatura, para lograr un control preciso del mismo. OBJETIVOS Objetivos Específicos Comprender los fundamentos teóricos de los controladores PID para aplicarlos eficazmente en el control y optimización de sistemas dinámicos. Construir y representar con precisión el modelo de bloques del sistema a controlar utilizando Simulink, facilitando su análisis y simulación. Implementar el controlador PID en un sistema físico real utilizando el sensor de temperatura LM35 conectado a Arduino. Asignatura: Software de Simulación 3  Tabla de Contenido 1. Introducción 2. Desarrollo del tema 3. Ejercicios 4. Prácticas 5. Bibliografía Asignatura: Software de Simulación 4  Introducción La implementación de sistemas de control eficientes y precisos desempeña un papel fundamental en la mejora del rendimiento de diversos procesos. En este contexto, el Control Proporcional, Integral y Derivativo (PID) se ha destacado como un método versátil para mantener o regular sistemas dinámicos. Para ello, se ocupará Matlab y Simulink como entorno de desarrollo para abordar de manera integral los aspectos teóricos y prácticos del control de sistemas dinámicos. Asignatura: Software de Simulación 5  Desarrollo del tema Matlab: Desarrollado por MathWorks, Matlab es un entorno de desarrollo y lenguaje de programación diseñado principalmente para el análisis numérico, la simulación y la visualización de datos. Proporciona un amplio conjunto de herramientas y funciones que permiten a los ingenieros, científicos y matemáticos realizar cálculos matriciales, manipulación de datos, diseño de algoritmos, y visualización de resultados. Se utiliza en una variedad de campos, como ingeniería, ciencias físicas, finanzas, biología y más. Simulink: Simulink es una extensión de Matlab que se utiliza para el modelado, simulación y análisis de sistemas dinámicos. Proporciona un entorno gráfico e intuitivo para diseñar modelos mediante el uso de bloques que representan diferentes componentes del sistema y las relaciones entre ellos. Asignatura: Software de Simulación 6  Desarrollo del tema LM35: El LM35 es un sensor de temperatura analógico que se utiliza comúnmente para medir la temperatura en proyectos electrónicos. Es un dispositivo pequeño y fácil de usar, fabricado por varias compañías, y su diseño lo hace especialmente adecuado para aplicaciones en las que se necesita una medición precisa y lineal de la temperatura. Asignatura: Software de Simulación 7  Desarrollo del tema Control PID: Es un tipo de controlador utilizado en sistemas de control automático para mantener o alcanzar un valor deseado (setpoint) dentro de un sistema dinámico. El control PID se basa en tres componentes principales que actúan de manera conjunta para ajustar la salida del sistema y mantener la variable controlada lo más cercana posible al valor deseado. Estos componentes son: 1. Proporcional (P): El componente proporcional responde de manera proporcional al error actual. El error se calcula como la diferencia entre la variable controlada y el valor deseado (setpoint). 2. Integral (I): El componente integral responde al acumulado de errores a lo largo del tiempo. Este componente está diseñado para reducir el error acumulado a cero. 3. Derivativo (D): El componente derivativo responde a la tasa de cambio del error. Ayuda a prevenir oscilaciones excesivas y a mejorar la respuesta transitoria del sistema Asignatura: Software de Simulación 8  Ejercicios Asignatura: Software de Simulación 9  Prácticas Paso 1: Abrimos Matlab y nos dirigimos a Simulink MODULO: Software de Simulación 10  Prácticas Paso 2: Creamos un nuevo modelo en Simulink MODULO: Software de Simulación 11  Prácticas Paso 3: Realizamos el siguiente diagrama de bloques para la comunicación entre Arduino con el sensor y Matlab. MODULO: Software de Simulación 12  Prácticas Paso 4: Seleccionamos “Hardware Implementation”, luego Hardware board y seleccionamos el Arduino que vamos a usar. Esperar unos segundos hasta que termine de reconocer el dispositivo. MODULO: Software de Simulación 13  Prácticas Paso 5: Para la representación gráfica de la temperatura, nos dirigmos al bloque del osciloscopio (doble click) y, una vez abierto, hacemos click derecho en el centro y luego en “Configuration Properties” MODULO: Software de Simulación 14  Prácticas Paso 6:Configuramos el puerto en el que está conectado el Arduino. MODULO: Software de Simulación 15  Prácticas Paso 7: Realizamos las siguientes configuraciones para la gráfica en “Main” y “Time” MODULO: Software de Simulación 16  Prácticas Paso 8: Nos colocamos en el apartado de “Hardware” para poder realizar la simulación MODULO: Software de Simulación 17  Prácticas Paso 9: Finalmente, abrimos el osciloscopio para poder observar en tiempo real la gráfica de la temperatura. MODULO: Software de Simulación 18  Bibliografía W. Cooper. “Detalles de: Instrumentación electrónica moderna y técnicas de medición / › SISTEMA DE BIBLIOTECAS EPN - Koha”. SISTEMA DE BIBLIOTECAS EPN - Koha. Accedido el 19 de marzo de 2024. [En línea]. Disponible: https://biblioteca.epn.edu.ec/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=28594 C. Silva. “Sensors and Actuators | Engineering System Instrumentation, Second Edi”. Taylor & Francis. Accedido el 19 de marzo de 2024. [En línea]. Disponible: https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/b18739/sensors-actuators-clarence-de-silva A. Meza. “DHT11 temperature-humidity sensor”. Home. Accedido el 19 de marzo de 2024. [En línea]. Disponible: https://shop.evilmadscientist.com/productsmenu/716#:~:text=The%20DHT11%20is%20a%20ba sic,careful%20timing%20to%20grab%20data. Asignatura: NN 19  Gracias por su atención. Asignatura: NN 20