Fases en el desarrollo de un proyecto de control

Consultar Franklin et al, Tema 10

1. Comprender el proceso

• Trasladar las especificaciones dinámicas al lenguaje del Control en términos de tiempo, frecuencia y especificaciones polo-cero
• Identificar variables:

variables medibles,

variables de control

perturbaciones

• determinar las limitaciones del modelo de pequeña señal (linealizado)

2. Seleccionar los sensores

• ¿Qué variables pueden ser influenciadas?
• Número de sensores (observabilidad)
• Localización
• Tecnología (eléctrica, magnética, mecánica, óptica,...)
• Especificaciones funcionales (precisión, sensibilidad, dinámica)
• Factores de calidad: disponibilidad, durabilidad, mantenimiento...
• Propiedades físicas: peso, tamaño, ...
• Coste

3. Selección de actuadores

• Número de actuadores (controlabilidad)
• Localización
• Tecnología (eléctrica, hidráulica, neumática, térmica...)
• Especificaciones funcionales (fuerza máxima, rango, slew-rate, potencia, eficiencia...)
• Propiedades físicas: Peso, tamaño,...
• Factores de calidad: Fiabilidad, durabilidad, mantenimiento
• Coste

4. Obtención de un modelo lineal

• Identificar punto de equilibrio adecuado
• Construir modelo de pequeña señal (linealización)
• Cuantificar la incertidumbre y su impacto en el control
• Debe ser válido en el rango de frecuencias de trabajo
• Validación contra datos experimentales
• Representaciones (polo-cero, frecuencia, espacio de estados)

5. Diseño básico inicial (PID o adelanto-atraso)

• Técnicas rápidas (Ziegler Nichols, Coon-Cohen...)
• Uso conjunto y simultáneo de Lugar de las Raíces y Frecuencia
• Evaluar uso de posibles topologías de control:

Diseño de compensación feedforward (prealimentación de perturbaciones medibles)

Control en cascada

Acción diferencial en la realimentación...

6. Evaluar/Modificar la planta (codiseño de proceso y control)

• Evaluar las fuentes de comportamientos no deseados.
• Modificaciones en la planta que hagan más simple el control (ayudándolo o sustituyendo parte del mismo):
• Introducción de elementos de amortiguación pasivos
• Modificación de la estructura mecánica
• Mover sensores
• Reconsiderar la tecnología de actuadores (ej. eléctrico vs. hidráulico)
• Buscar retardos en la cadena sensor-controlador-actuador

7. Diseño óptimo

• Lugar de las raíces simétrico (SRL)
• Funciones lqe, lqr
• Ajuste de parámetros: controlador de estructura fija + función de coste

8. Construir un modelo de computador

• Evaluar el comportamiento del diseño a través de la simulación
• Controlador lineal
• Modelo no linal
• Otras no linealidades (saturaciones, etc)
• Otros elementos (perturbaciones, tiempos muertos...)
• Variaciones realistas en los parámetros
• Análisis lineal del conjunto a través de modelos de pequeña perturbación (ej. linear analysis de simulink)
• Ajuste fino del controlador y/o la planta (a mano o automatizado)

9. Construir prototipo real

• Estudiar comportamientos inesperados (modos de vibración, etc.)
• Reconsiderar sensor, actuador, etc.