Sintonización de un regulador de velocidad de un motor AC (Práctica SA)

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Tabla de contenidos

Objetivo

El libro "Control PID Avanzado" (Åström y Hägglund) expone estudios realizados en Estados Unidos que muestran que las instalaciones industriales petroquímicas, papeleras, de energía y del metal, tienen entre 500 y 5000 lazos de regulación, y que se estima que otras industrias también tienen numerosos lazos. En Japón y Estados Unidos entre el 90% y el 97% de los lazos de regulación de la industria son PID. Desafortunadamente, una auditoría técnica en la industria papelera de Canadá desveló que sólo el 20% de los lazos de control PID funcionaban correctamente. Entre las causas de esta cifra se incluye una mala sintonización en el 30% de los casos.

En esta práctica se pretende sintonizar de forma adecuada el regulador del conjunto variador-motor del aula de prácticas. Ello se hará con la asistencia del MATLAB, y el regulador obtenido se probará en el variador Lexium05.

Desarrollo de la práctica

  • Previa a la asistencia, se recomienda repasar los temas de teoría de sintonización de reguladores P y PI.
  • En primer lugar debe identificarse la función de transferencia en lazo abierto para el control de velocidad \frac{\omega(s)}{i^*(s)}, tal como se hizo en la práctica anterior. Si ya dispone de este dato, por encontrase en el mismo equipo, puede omitir este paso.
  • A continuación familiarícese con la herramienta Sisotool de Matlab. Sisotool permite obtener de forma rápida tanto el lugar de las raíces como el diagrama de Bode en cadena abierta de un sistema, así como interactuar con el mismo para el diseño del regulador. Se recomienda hacer el ejemplo contenido en Manejo de Sisotool en Matlab 2008.
  • Para importar datos a Matlab necesitará el archivo LeeDatos.m.

Examen práctico

Una vez completada la práctica, puede intentar resolver el examen.

Notas
  • La función de transferencia G(s) será proporcionada de manera precisa por el profesor en el examen, y se corresponderá con la planta asignada. Utilice su estimación de la misma para los ensayos.
  • El ancho de banda pedido en el apartado 1 será modificado de forma individual para cada examen, puede ensayar con 30 Hz.
  • La sobreoscilación pedida en el apartado 4, es también un dato modificable, pruebe con un 10%.
  • En ambos casos se piden especificaciones exactas y no son válidas mayores o menores.
  • En el examen de esta práctica no se permitirá el uso de calculadoras. El único material disponible será la documentación impresa en el Aula Schneider (proporcionada por los profesores).

Funciones de Matlab útiles para la práctica

A continuación se muestran algunas funciones de Matlab útiles para la práctica. La mayoría de estas funciones pueden ser utilizadas de muchas maneras. El alumno puede consultar los detalles utilizando la función

help funcion_de_matlab
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA
tf, zpk  - crea objetos tipo función de transferencia para manejar con          
           bode(), step(), lsim(), etc.
+,-,*,/  - se puede operar con objetos fdt (ej: G3=G1*G2)
minreal  - simplifica una fdt una vez operada (cancela polos-ceros)
dcgain   - ganancia a bajas frecuencias de una fdt
RESPUESTA TEMPORAL
step     - respuesta al escalón
impulse  - respuesta impulsional
lsim     - respuesta ante una señal cualquiera dada por
           un vector de tiempos y un vector de datos

RESPUESTA FRECUENCIAL	
bode     - diagrama de Bode (magnitud y fase)
bodemag  - diagrama de Bode (solo la magnitud)
freqresp - respuesta en frecuencia para valores concretos de w
evalfr   - evalúa una fdt en una sola w (compleja)
REPRESENTACIÓN GRÁFICA
plot     - dibuja un vector Y frente a un vector X
grid     - permite crear una retícula sobre un gráfico dado
title    - permite poner un título en la parte superior del eje
           (gráfica) actual
subplot  - permite crear una matriz de gráficas en una figura
legend   - permite crear una leyenda en una gráfica 
           (útil cuando hay varias curvas en la misma gráfica)
            
OTRAS FUNCIONES ÚTILES            
linspace - crea un vector de valores linealmente equiespaciados
           (útil para crear vectores de tiempos)
logspace - crea un vector de valores logarítmicamente equiespaciados  
	    (útil para crear vectores de frecuencias)
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