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SISTEMA TÉRMICO SISO A ESCALA


                                                   NELSON G. LOMBARDO


        Resumen. El siguiente trabajo intenta discutir algunos de los puntos más relevantes de un sistema térmico SISO a
        escala, donde se procedió a obtener el modelo matemático del mismo y luego se trabajo sobre la dinámica a través de
        un control ON-OFF. También se estudia cómo plantear una primera aproximación de los parámetros de sintonización
        de un PID. El gol del trabajo es intentar demostrar técnicas que lleven a abstraer el inconveniente presentado por
        la propia construcción del sistema SISO y aún así lograr modelizar según las reglas que nos provee los sistemas de
        control.



                                                                                             Filtrado por        Busqueda del
                      Introducción                                         Leer CSV          promediado           tiempo de
                                                                                                 móvil           asentamiento
   El problema que se nos planteo fue un sistema térmi-
co SISO a escala. Para el estudio del sistema se procedió
a realizar pruebas de funcionamiento tratándolo como
un sistema de black-box. En principio la estrategia para                 Busqueda del        Promediado
                                                                                                                   Obtención
                                                                          “verdadero”            del
obtener el modelo del sistema fue estudiar el compor-                                                               del Tau
                                                                             cero             valor final
tamiento del mismo. Para ello el desarrollador del sis-
tema nos entrego capturas de datos del sistema donde
detallaba el tiempo y la temperatura que el sistema iba                 Cada parte del sistema es muy simple de compren-
obteniendo segundo a segundo.                                        der, en el anexo al trabajo se deja el programa escrito
   El estudio que realizo para la aproximación es en un              en Scilab, donde existen comentarios en el código para ir
tratamiento sobre la morfología de la señal. Esto es posi-           comprendiendo el flujo de la programación.
ble a la poca cantidad de datos a procesar, la simpleza de              En primer lugar vamos a definir matemáticamente có-
los mismos y a la suposición de que el sistema responderá            mo es un sistema de primer orden en el tiempo:
a uno de primer orden.
   Aunque es de importancia las partes componentes del
                                                                                     K                              t
hardware, en este trabajo me paro desde la perspecti-                      FT =          ⇒ L−1 (F T ) = K 1 − e− τ
                                                                                  τs + q
va de una black-box para lograr intentar encontrar una
respuesta y un modelo teórico.                                          Dónde K es la ganancia del sistema, τ es la constante
                                                                                     1
   El principal planteamiento es poder obtener her-                  de tiempo y − τ es el polo del sistema. Lamentable-
ramientas para lograr estrategias de control sobre algún             mente esto no es suficiente al modelar un sistema tér-
sistema similar. La interpretación de estos procedimien-             mico, puesto que estos presentan mucha inercia en su
tos cómo así conceptos intentan dejar sentar bases prác-             repuesta por lo que es necesario modelarla.
ticas para desarrollar estrategias y así implementar la                 Matemáticamente modelar el sistema con un retardo
mejor solución.                                                      de transporte se desarrolla de la siguiente manera en el
   Otro punto a tener en cuenta es que gracias al poder              dominio de la frecuencia:
de cálculo que se tiene hoy en día el estudio se puede
restringir sin problemas al dominio del tiempo, pudiendo                                        K e−Ls
                                                                                           FT =
procesar datos de forma rápida y eficiente.                                                       τs + q
                                                                       En respuesta a nuestro sistema propiamente dicho de-
                                                                     beríamos tener frente a una entrada escalón:

                                                                                    K e−Ls ∆U
               Obtención del modelo                                                     Y (s) =
                                                                                    τs + 1 s
   En base a los datos ofrecidos, se realizo un estudio       Donde ∆U representa el salto en escalón. En gener-
morfológico de los mismos para arribar a los parámetros al resolver el retardo de transporte e−Ls es complica-
distintivos de este tipo de sistemas. Lo importante es que do y se procede con una aproximación en forma de fun-
se requiere un preparción básica en control y un mínimo ción racional que aproxima este comportamiento. Existen
conocimiento previo del estos temas. El algoritmo básico métodos computaciones que permiten hacer la aproxima-
se puede observar en la siguiente figura:                   cion de Padde para obtener coeficientes y así modelar
  Date: 6 de noviembre de 2012.




                                                                 i
una aproximación de retardo bastante aceptable dentro
de cierto margen.                                                                                                 70

   En forma computacional hay algunas alternativas,                                                                        Filtrado
                                                                                                                           Datos

pero gracias a los modelos computacionales podemos                                                                60
                                                                                                                           Sistem a propuesto


lograrlo agregando un módulo de retardo de la forma
apropiada, pudiendo programarse un retardo o bien al                                                              50




                                                                                             Tem peratura [°C]
modelar con algún modelador de flujo introduciendo un
bloque de retardo que no es más que un vector pudiendo                                                            40

contener la cantidad de puntos representativos del tiem-
po de retardo con los datos de amplitud en cero o bien                                                            30


de alguna condición inicial:
                                                                                                                  20




                                                                                                                  10
                                                                                                                       0   50             100         150       200         250         300
                                                                                                                                                  Tiem po [s]



                                                RT = delay(t)                                Si hacemos zoom podemos visualizar de una mejor
                                                                                          manera cómo queda el sistema propuesto superpuesto a
                                                                                          los datos que se nos había otorgado con los errores que
                                                                                          introducimos:

   Este retardo puede establecer una salida cero o bien,
las de las condiciones iniciales cómo sucede con nuestro
                                                                                                                  34       Filtrado
sistema, el cual está a temperatura ambiente.                                                                              Datos
                                                                                                                           Sistem a propuesto
   En primer lugar podemos presentar la siguiente gráfi-                                                           32


ca:                                                                                                               30
                                                                                              Tem peratura [°C]




                                                                                                                  28


                                                                                                                  26



                                                                                                                  24
                       65
                                Filtrado
                                Datos                                                                             22
                       60
                                Sistem a propuesto

                       55                                                                                         20


                       50
                                                                                                                  18
   Tem peratura [°C]




                       45                                                                                              0    50              100         150           200         250
                                                                                                                                                  Tiem po [s]
                       40


                       35

                                                                                             Se puede observar que el sistema propuesto responde
                       30
                                                                                          muy cerca de los datos con los errores introducidos. Gra-
                       25
                                                                                          cias a los marcados detalles de este tipos de sistema pode-
                       20
                                                                                          mos seguir obteniendo un modelo muy aproximado y re-
                       15
                            0   50             100       150       200   250   300
                                                                                          alista aún con datos en donde se ha perdido por completo
                                                     Tiem po [s]                          la obtención de los valores reales.
                                                                                             De los datos obtenidos y trabajados con los algoritmos
                                                                                          morfológicos, llegamos a:

   dónde en color rojo observamos los datos que se cap-     Retardo de      Constante de        Tiempo de        Temperatura en

turaron cada 1 segundo, en azul es esta señal pasada por   transporte [s]     tiempo [s]     asentamiento [s]  reg. permanente [°C]

un filtro de vídeo dos veces y en verde el sistema teórico       29               60.25             212               34.236163
que proponemos.                                                 17               53.75             198               60.637213
   También a modo de prueba podemos observar que
los sistemas de primer orden poseen características muy      Promediando entre estos dos resultados, podemos pro-
marcadas. De forma práctica introducimos errores a los poner el siguiente sistema de primer orden:
datos de una segunda captura y observamos que aún se
                                                                        Retardo de       Constante de      Tiempo de
obtenían los parámetros característicos sin problema. En
                                                                       transporte [s]     tiempo [s]    asentamiento [s]
la siguiente figura se presenta el sistema con los datos de
                                                                             23               57              205
“error” introducidos:




                                                                                     ii
Comportamiento del sistema frente a un         ¿Qué producen las diferencias? Hay algunos puntos
                      control ON-OFF                     que nos impiden obtener una representación fiel:
   Se esquematizo un control ON-OFF con el sistema tér-        El sistema térmico posee pérdidas de temperatura
mico SISO a escala y los datos nos fueron entregados. En       puesto que no esta sellado en su parte superior.
la siguiente figura se puede observar estos datos grafica-       Las pérdidas que se producen a través de las pare-
dos cómo así los mismo que han sido filtrados por un            des del sistema.
filtro de vídeo:                                                El sistema de enfriamiento por las mismas pérdi-
                                                               das produce diferentes constantes de tiempo pro-
                                                               duciéndose así dos sistemas de primer orden con
      55
              Datos
                                                               diferentes retardos de transporte.
              Filtrado
                                                               La temperatura de la resistencia calefactora está
      50
                                                               relacionada con la tensión eficaz de la red la cual
      45                                                       posee variaciones que no se pueden controlar ni
                                                               predecir.
   Tem peratura [°C]




      40
                                                               Desconocemos la linealidad en la entrega de los
                                                               datos de entrada hacia la corriente que percibe la
      35
                                                               resistencia calefactora.
      30                                                       El sistema presenta cuantizaciones que no se han
                                                               tenido en cuenta. Además la entrega de informa-
      25
                                                               ción no es continua sino que es aproximadamente
                                                               a un segundo por limitaciones del sistema que de-
      20
         0    100      200     300     400 500   600
                                                               sarrollaron.
                           Tiem po [s]
                                                               Las variables no son poseen una transformación
                                                               directa puesto que la entrada del sistema es a
   Para poder interpretar el alcance de los datos que se       través de una variable de 1 byte por RS-232C por
obtuvieron con el modelado se planteo un sistema de con-       lo que es un poco más complicado representarlo
trol tipo ON-OFF con la herramienta Xcos del Scilab            según hemos visto en la cursada.
para simular el comportamiento del sistema térmico. La
respuesta fue:                                                             Controlador PID

                                Control ON- OFF sim ulado
                                                            El problema del controlador PID es que aunque es
                           55
                                                         un controlador muy utilizado es laborioso y a veces muy
     50                                                  complicado sintonizarlo. En nuestro caso el mayor in-
                                                         conveniente y principal que los datos otorgados con en
     45
                                                         base a un sistema realimentado. Esto nos introduce en
       Tem peratura [°C]




     40                                                  un dilema puesto que los métodos de sintonización em-
                                                         píricos que se pueden utilizar están restringidos a consid-
     35
                                                         eraciones que no están presentes dentro de los datos que
     30                                                  se nos entrego.
     25
                                                            Esto nos lleva a una problemática imposible de ob-
                                                         viar y es que es necesario hacer algunas pruebas sobre la
     20
        0   100    200      300      400 500   600
                                                         “planta” antes de poder lograr siquiera plantear la imple-
                         Tiem po [s]
                                                         mentación del sistema PID. Sin embargo algunas pruebas
                                                         a lazo cerrado se pueden utilizar.
   Podemos advertir una gran similitud entre las dos úl-    Un método fundamental en la sintonía de reguladores
timas gráficas. Evidentemente el sistema propuesto no PID, es un método en lazo cerrado propuesto por Ziegler
esta muy lejos de representar el sistema térmico. Aquí y Nichols en el año 1942, cuyo nombre más conocido
podemos observar el sistema que lo emula:                es el método de la oscilación sostenida. Es un algorit-
                                                         mo basado en la respuesta en frecuencia del proceso. Las
                                                         características a determinar son:
                                                                Ganancia proporcional crítica (Kc).- Es la ganan-
                                                                cia de un controlador solo proporcional, que
                                                                provoca que el sistema sea oscilatorio (crítica-
                                                                mente estable).
                                                                Periodo de oscilación sostenida (Tc). Es el perio-
                                                                do de oscilación que se consigue con la ganancia
                                                                crítica.
Estás fórmulas de Ziegler y Nichols poseen reglas heurís-
                                                                                                                          Graphic 1
ticas:                                                                                 60



              Las constantes de tiempo integral y derivativa se                        50


              fijan en función del período de la oscilación man-                        40

              tenida.
                                                                                       30
              La ganancia proporcional se fija en función de la




                                                                  y
              ganancia crítica.                                                        20


              La constante de tiempo derivativa es igual a un                          10

              cuarto de la constante de tiempo integral.
                                                                                        0

Siguiendo se planteo el sistema a continuación para hallar                            - 10
la ganancia crítica:                                                                         0         50         100         150         200         250         300
                                                                                                                               t




                                                            En color negro podemos observar la respuesta con el
                                                         PID. Vemos que para una primera aproximación hemos
                                                         logrado aumentar el tiempo de levantamiento, pero con
                                                         un sobre-paso importante. Sin embargo, es cuestión de
                                                         retocar estos valores para obtener las especificaciones de
                                                         diseño.
  Así con el valor de kc = 4,55 se obtuvo esta respuesta    El desarrollador nos entrego los siguientes datos del
quasi-oscilante:                                         PID que implemento sobre el sistema térmico:

                                                                                       80
                                 Graphic 1                                                             Datos
       100                                                                                             Filtrado


                                                                                       70
        80
                                                                  Tem peratura [°C]




                                                                                       60
        60



                                                                                       50
        40
   y




                                                                                       40
        20



         0                                                                             30


                                                                                             0   100        200   300   400         500   600   700         800   900
       - 20
              0     200    400     600       800   1000   1200                                                          Tiem po [s]
                                    t


                                                              Evidentemente esto nos demuestra que podemos
   De esta forma se hallo que el T c, el período sostenido seguir trabajando sobre la sintonización de los parámet-
era de unos 81 segundos aproximadamente así que se es- ros PID cómo mencionamos antes.
tablecio la tabla del método:
                                                                             Software utilizado
                K     =0.6 * Kc     =2.73
               Ti     =0.5 * Tc     =40.5                  Lyx. Es un procesador de texto para escribir material
               Td =0.125 * Tc =10.125                      técnico-científico cómo principal uso. La versión utilizada
                                                           fue la 2.0.0. Disponible en http://www.lyx.org/.
   Con estos valores se plante el sistema con un contro-
lador PID en trayectoria directa:                          Scilab. Es un lenguaje interprete para calculo computa-
                                                           cional dirigido al público técnico. Presenta semejanzas
                                                           a otros cómo Octave. La versión utilizada fue la 5.3.3.
                                                           Disponible en http://www.scilab.org/.
                                                        Libreoffice. Suite informática que alberga un editor
                                                        y formateador de textos, planilla de cálculos, una her-
                                                        ramienta para gráficos y diagramas simple, otra her-
                                                        ramienta para la creación de presentaciones interacti-
   Para poder darle un contexto a estos resultados com- vas para pc cómo otras herramientas necesarias. La ver-
paremos lo que sucede con la respuesta de este PID y el sión utilizada fue la 3.3.4. Disponible en http://www.
sistema sin compensar:                                  libreoffice.org/.
Conclusiones                          de control con muy poca información y en parte lograr
                                                            muy buenos resultado aún siendo que se obtuvieron los
   Aún siendo que los sistemas térmicos son matemática-
                                                            parámetros con la fuente de información ruidosa. Así que-
mente más sencillos que muchos otros, presentan algunos
                                                            da en claro que los sistemas de control similares a este
desafíos prácticos. En primer lugar la inercia a la cual
                                                            deberían ser posibles de modelar de forma sistemática y
denominamos retardo de transporte nos impide realizar
                                                            prever su comportamiento sin invadir prácticamente el
ajustes agresivos cómo los que produce el control ON-
                                                            funcionamiento del mismo.
OFF. Este retardo limita nuestra opciones al momento
de intentar realizar un control sobre un pequeño entorno.                           Referencias
   Desde el punto de vista puramente práctico, al mo-
                                                                    [1] “Limitaciones fundamentales en control SISO”,
mento de estudiar los datos que el desarrollar nos en-                  apuntes de cátedra. Facultad de ingeniería, Universi-
trego pudimos notar como las perturbaciones se hacían                   dad de la República, Uruguay.
evidentes. El sistema no estaba debidamente aislado pero            [2] Paola Niño-Suárez, M. Velasco Villa y E. Aranda
aún así mostraba una clara respuesta cómo la de un sis-                 Bricaire, “Exact discretization fo a movable robot
tema de primer orden.                                                   with transport retardation”. Universidad militar nue-
                                                                        va granada. Agosto 2006.
   El control ON-OFF es un control bastante sencillo de             [3] “Sistemas dinámicos lineales de primer orden”,
aplicar y existen muchas alternativas prácticas, desde la               Apuntes de control distribuido 05-0, Depto. Inge-
utilización de circuitos analógicos cómo así digitales. Sin             nier´ de Sistemas y Automática, Universidad de
                                                                            ía
embargo, presenta un desafío al momento de lograr una                   Sevilla.
determinada prestación, existe una relación de compro-              [4] Leonardo J. Marín, Víctor M. Alfaro, “Sintonización
                                                                        de controladores por ubicación de polos y ceros”.
miso grande que no se puede obviar.
                                                                        Departamento de Automática, Escuela de Inge-
   El mayor resultado de la esta práctica fue lograr pre-               niería Eléctrica, Universidad de Costa Rica Apartado
decir el comportamiento del sistema a un cierto tipo                    postal 2-10, 2060 UCR, San José, Costa Rica.
Anexo
     Programa para la obtención de los parámetros del sistema térmico SISO a escala. El siguiente programa
     aplica un estudio morfológico sobre los datos que el desarrollador del sistema obtuvo.
 1   // Promediado m ó v i l :
 2   //      t = m a t r i z con l o s d a t o s
 3   //      c = columna a a n a l i z a r , s i e s un v e c t o r s e pasa 0
 4   //      x t = c a n t i d a d de m u e s t r a s a promediar en cada punto
 5   function [ r e g ]= a l i a s i n g ( t , c , xt )
 6       m ize ( t ) ;
           =s
 7       f o r i =( xt + 1 ) : (m(1) − xt )
 8              r e g ( i −xt )=0;
 9              f o r j=−xt : xt
10                      i f c == 0 then
11                            r e g ( i −xt )= t ( i+j )+ r e g ( i −xt ) ;
12                      else
13                            r e g ( i −xt )= t ( i+j , c)+ r e g ( i −xt ) ;
14                     end
15              end
16              r e g ( i −xt )= r e g ( i −xt ) / ( 2 ∗ xt +1);
17       end
18   endfunction
19
20   // Busca e l tiempo donde su r e s p u e s t a e s t e d e n t r o d e l p o r c e n t a j e ( c o t a ) d e l v a l o r
21   //      t = v e c t o r donde hay que b u s c a r
22   //      value = valor ( amplitud )
23   //      c o t a = margen ( en p o r c e n t a j e )
24   function [ y]= l o o k i n g f o r ( reg , v a l u e , c o t a )
25       j =1;
26       v ( j )=−1;
27       f o r i =1: length ( r e g )
28               i f ( v a l u e <=(r e g ( i )+ r e g ( i ) ∗ c o t a /100))&( v a l u e >=(r e g ( i )− r e g ( i ) ∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then
29                     v ( j )= i ;
30                     j=j +1;
31              end
32       end
33       i f v(1)==−1 then
34              y=−1;
35       else
36              y=min( v ) ;
37       end
38   endfunction
39
40   // Determina e l tiempo de asentamiemto r e c o r r i e n d o d e s d e l o s ú l t i m o s d a t o s
41   // a p o r t a d o s .
42   //       t = v e c t o r con l o s d a t o s
43   //       c o t a = p o r c e n t a j e de c o t a
44   function [ t s ]= t i m e s t o r a g e ( reg , c o t a )
45       temp=r e g ( length ( r e g ) ) ;
46        f o r i=length ( r e g ) −1: −1:1
47                i f ( r e g ( i ) > ( temp+temp∗ c o t a / 1 0 0 ) ) | ( r e g ( i ) <(temp−temp∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then
48                        ts = i ;
49                        return ;
50                end
51       end
52   endfunction
53
54   // Busca e l v e r d a d e r o c e r o d e l s i s t e m a de primer orden t r a z a n d o l a s s e c a n t e s
 55   // ( d e r i v a d a s d i s c r e t a s ) y comparandolas d e n t r o de un margen con l a d e r i v a d a
 56   // que l e c o r r e s p o n d e a l s i s t e m a s i n r e t a r d o de t r a n s p o r t e en e l tiempo = 0
 57   //           t = vector a analizar
 58   //           d = pendiente a buscar
 59   //           p e r = margen de c a p t u r a ( p o r c e n t a j e ) t s t o r a g e
 60   function [ y]= s y s c e r o ( reg , d , c o t a )
 61            f o r i =1: length ( r e g )
 62                    // For debug :
 63                    // d i s p ( r e g ( i +1)− r e g ( i ) ) ;
 64                    i f ( ( r e g ( i +1)− r e g ( i ))>=(d−d∗ c o t a / 1 0 0 ) ) & ( ( r e g ( i +1)− r e g ( i ))<=(d+d∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then
 65                           y=r e g ( i ) ;
 66                           return ;
 67                   end
 68            end
 69   endfunction
 70   // K i l l l a s v a r i a b l e s :
 71   c l e a r tau ; c l e a r c e r o ; c l e a r KA; c l e a r r e g ; c l e a r data ; c l e a r i ; c l e a r t ;
 72   c l e a r t s ; c l e a r i n i ; c l e a r temp ; c l e a r f i l e n a m e ; c l e a r l ;
 73   // Ruta a b s o l u t a a l a r c h i v o :
 74   f i l e n a m e = " / media / s t o r a g e /UTN        −UAC/5 t o / C o n t r o l / p r a c t i c a / l a b 0 2 / c a p t u r a 3 . t x t " ;
 75   // Carga una m a t r i z con l o s d a t o s en l o s a r c h i v o s
 76   temp=csv_read ( f i l e n a m e , a s c i i ( 9 ) , [ ] , " d o u b l e " ) ;
 77   // Se b o r r a e l c a n v a s para e l d i b u j o de l o s p l o t s
 78   clf ();
 79   // Promediado m ó v i l
 80   // dos p a s a d a s
 81   r e g=a l i a s i n g ( temp , 2 , 5 ) ;
 82   r e g=a l i a s i n g ( reg , 0 , 5 ) ;
 83   // Graficamos l a c u r v a f i l t r a d a : ( o b v i a m e n t e p i e r d e p u n t o s )
 84   plot ( reg , " b l u e " ) ;
 85   // Buscamos e l tiempo c u á l su v a l o r de a m p l i t u d s e a c e r q u e en un 3 % a l
 86   // tiempo de e s t a b l e c i m i e n t o en l a s e ñ a l f i l t r a d a
 87   t s=t i m e s t o r a g e ( reg , 2 ) ;
 88   // E s t a b l e c e m o s KA como un s i m p l e promedio ( por ahora )
 89   KA=0;
 90   f o r i=t s : length ( r e g )
 91            KA e g ( i )+KA;
                  =r
 92   end
 93   KA KA/ ( length ( r e g )− t s ) ;
           =
 94   // Obtenemos e l t a u para l a s e ñ a l f i l t r a d a y s i n c o n d i c i o n e s i n i c i a l e s
 95   tau =( t s / 2 . 2 ) ;
 96   // Buscamos e l s u p u e s t o c e r o de l a f u n c i ó n ( d e r i v a d a KA/ t a u )
 97   y=0;
 98   y=s y s c e r o ( reg , KA/ ( 2 ∗ tau ) , 3 ) ;
 99   data =0;
100   l=s i z e ( temp ) ;
101   f o r i =1: l ( 1 )
102            data ( i )=temp ( i , 2 ) ;
103   end
104   // Buscamos e l c e r o d e l s i s t e m a de primer orden :
105   c e r o = l o o k i n g f o r ( data , y , 3 ) ;
106   // Graficamos l o s d a t o s e x p e r i m e n t a l e s o b t e n i d o s
107   t = [ 1 : length ( r e g ) ] ;
108   plot ( t , temp ( t , 2 ) , " r e d " ) ;
109   // Promediamos l o s v a l o r e s que s e e n c u e n t r a n d e n t r o d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e
110   // de l o s d a t o s e x p e r i m e n t a l e s ( c o n d i c i o n e s i n c i a l e s )
111   i n i =0
112   f o r i =1: c e r o
113           i n i=i n i+temp ( i , 2 ) ;
114   end
115   i n i=i n i / c e r o ;
116   // Completamos l o s d a t o s d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e de l a f u n c i ó n p r o p u e s t a con
117   // l a c o n d i c i ó n i n i c i a l de t e m p e r a t u r a ( c e r c a n a a l a temp . a m b i e n t e )
118   f o r i =1: c e r o
119          t ( i )= i n i ;
120   end
121   // El v e r d a d e r o t a u ! (No nos o l v i d e m o s d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e )
122   tau =( t s+c e r o ) / 4 ;
123   // Generamos l a f u n c i ó n c o m p l e t a que s e propone
124   f o r i=c e r o : length ( r e g )
125          t ( i )= i n i +(KA n i )∗(1 −exp( −( i −c e r o ) / ( tau ) ) ) ;
                                    −i
126   end
127   // Graficamos e l s i s t e m a p r o p u e s t o
128   plot ( t , " g r e e n " ) ;
129   // E t i q u e t a m o s l o s e j e s :
130   x l a b e l ( " Tiempo␣ [ s ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ;
131   y l a b e l ( " Temperatura ␣ [ C ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ;
132   // Informamos de que s e t r a t a cada g r á f i c a :
133   h l=l e g e n d ( [ ’ F i l t r a d o ’ ; ’ Datos ’ ; ’ S i s t e m a ␣ p r o p u e s t o ’ ] , 2 ) ;
134   // Por c o n s o l a imprimimos l o s v a l o r e s que queremos :
135   disp ( tau , " Va lor ␣ d e l ␣ tau : " ) ;
136   disp ( c e r o , " Valor ␣ d e l ␣ c e r o : " ) ;
137   disp (KA, " V a lor ␣ en ␣ régimen ␣ permanente : " ) ;
138   disp ( t s , " V alor ␣ d e l ␣ tiempo ␣ de ␣ a s e n t a m i e n t o : " ) ;


      Programa para graficar los datos del sistema de control ON-OFF y el filtrado del mismo. El siguiente
      programa permitío graficar los datos que se nos dio un pasarlos por un simple filtro.
  1   // Promediado m ó v i l :
  2   //         t = m a t r i z con l o s d a t o s
  3   //         c = columna a a n a l i z a r ,
  4   //                 s i e s un v e c t o r s e pasa 0
  5   //         x t = c a n t i d a d de m u e s t r a s
  6   //         a promediar en cada punto
  7   function [ r e g ]= a l i a s i n g ( t , c , xt )
  8          m ize ( t ) ;
               =s
  9          f o r i =( xt + 1 ) : (m(1) − xt )
 10                  r e g ( i −xt )=0;
 11                  f o r j=−xt : xt
 12                          i f c == 0 then
 13                                r e g ( i −xt )= t ( i+j )+ r e g ( i −xt ) ;
 14                          else
 15                                r e g ( i −xt )= t ( i+j , c)+ r e g ( i −xt ) ;
 16                         end
 17                  end
 18                  r e g ( i −xt )= r e g ( i −xt ) / ( 2 ∗ xt +1);
 19          end
 20   endfunction
 21   // Ruta a b s o l u t a a l a r c h i v o :
 22   c a p o n o f f = " / media / s t o r a g e /UTN     −UAC/5 t o / C o n t r o l / p r a c t i c a / l a b 0 3 / c a p t u r a s / o n o f f o u t p u t . c s v " ;
 23   // Carga una m a t r i z con l o s d a t o s en l o s a r c h i v o s
 24   ascii (9)
25   r e g=csv_read ( c a p o n o f f , " ␣ " , [ ] , " d o u b l e " ) ;
26   l e n=s i z e ( r e g ) ;
27   l e n=l e n ( 1 ) ;
28   t =[1: len ] ;
29   clf ();
30   plot ( t , r e g ( t , 3 ) , " r e d " ) ;
31   data=a l i a s i n g ( reg , 3 , 5 ) ;
32   t = [ 1 : length ( data ) ] ;
33   plot ( t , data , " b l u e " ) ;
34   // E t i q u e t a m o s l o s e j e s :
35   x l a b e l ( " Tiempo␣ [ s ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ;
36   y l a b e l ( " Temperatura ␣ [ C ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ;
37   // Informamos de que s e t r a t a cada g r á f i c a :
38   h l=l e g e n d ( [ ’ Datos ’ ; ’ F i l t r a d o ’ ] , 2 ) ;




        E-mail address: nelson.lombardo@gmail.com - nelson_lombardo@riseup.net

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Sistema térmico SISO a escala

  • 1. SISTEMA TÉRMICO SISO A ESCALA NELSON G. LOMBARDO Resumen. El siguiente trabajo intenta discutir algunos de los puntos más relevantes de un sistema térmico SISO a escala, donde se procedió a obtener el modelo matemático del mismo y luego se trabajo sobre la dinámica a través de un control ON-OFF. También se estudia cómo plantear una primera aproximación de los parámetros de sintonización de un PID. El gol del trabajo es intentar demostrar técnicas que lleven a abstraer el inconveniente presentado por la propia construcción del sistema SISO y aún así lograr modelizar según las reglas que nos provee los sistemas de control. Filtrado por Busqueda del Introducción Leer CSV promediado tiempo de móvil asentamiento El problema que se nos planteo fue un sistema térmi- co SISO a escala. Para el estudio del sistema se procedió a realizar pruebas de funcionamiento tratándolo como un sistema de black-box. En principio la estrategia para Busqueda del Promediado Obtención “verdadero” del obtener el modelo del sistema fue estudiar el compor- del Tau cero valor final tamiento del mismo. Para ello el desarrollador del sis- tema nos entrego capturas de datos del sistema donde detallaba el tiempo y la temperatura que el sistema iba Cada parte del sistema es muy simple de compren- obteniendo segundo a segundo. der, en el anexo al trabajo se deja el programa escrito El estudio que realizo para la aproximación es en un en Scilab, donde existen comentarios en el código para ir tratamiento sobre la morfología de la señal. Esto es posi- comprendiendo el flujo de la programación. ble a la poca cantidad de datos a procesar, la simpleza de En primer lugar vamos a definir matemáticamente có- los mismos y a la suposición de que el sistema responderá mo es un sistema de primer orden en el tiempo: a uno de primer orden. Aunque es de importancia las partes componentes del K t hardware, en este trabajo me paro desde la perspecti- FT = ⇒ L−1 (F T ) = K 1 − e− τ τs + q va de una black-box para lograr intentar encontrar una respuesta y un modelo teórico. Dónde K es la ganancia del sistema, τ es la constante 1 El principal planteamiento es poder obtener her- de tiempo y − τ es el polo del sistema. Lamentable- ramientas para lograr estrategias de control sobre algún mente esto no es suficiente al modelar un sistema tér- sistema similar. La interpretación de estos procedimien- mico, puesto que estos presentan mucha inercia en su tos cómo así conceptos intentan dejar sentar bases prác- repuesta por lo que es necesario modelarla. ticas para desarrollar estrategias y así implementar la Matemáticamente modelar el sistema con un retardo mejor solución. de transporte se desarrolla de la siguiente manera en el Otro punto a tener en cuenta es que gracias al poder dominio de la frecuencia: de cálculo que se tiene hoy en día el estudio se puede restringir sin problemas al dominio del tiempo, pudiendo K e−Ls FT = procesar datos de forma rápida y eficiente. τs + q En respuesta a nuestro sistema propiamente dicho de- beríamos tener frente a una entrada escalón: K e−Ls ∆U Obtención del modelo Y (s) = τs + 1 s En base a los datos ofrecidos, se realizo un estudio Donde ∆U representa el salto en escalón. En gener- morfológico de los mismos para arribar a los parámetros al resolver el retardo de transporte e−Ls es complica- distintivos de este tipo de sistemas. Lo importante es que do y se procede con una aproximación en forma de fun- se requiere un preparción básica en control y un mínimo ción racional que aproxima este comportamiento. Existen conocimiento previo del estos temas. El algoritmo básico métodos computaciones que permiten hacer la aproxima- se puede observar en la siguiente figura: cion de Padde para obtener coeficientes y así modelar Date: 6 de noviembre de 2012. i
  • 2. una aproximación de retardo bastante aceptable dentro de cierto margen. 70 En forma computacional hay algunas alternativas, Filtrado Datos pero gracias a los modelos computacionales podemos 60 Sistem a propuesto lograrlo agregando un módulo de retardo de la forma apropiada, pudiendo programarse un retardo o bien al 50 Tem peratura [°C] modelar con algún modelador de flujo introduciendo un bloque de retardo que no es más que un vector pudiendo 40 contener la cantidad de puntos representativos del tiem- po de retardo con los datos de amplitud en cero o bien 30 de alguna condición inicial: 20 10 0 50 100 150 200 250 300 Tiem po [s] RT = delay(t) Si hacemos zoom podemos visualizar de una mejor manera cómo queda el sistema propuesto superpuesto a los datos que se nos había otorgado con los errores que introducimos: Este retardo puede establecer una salida cero o bien, las de las condiciones iniciales cómo sucede con nuestro 34 Filtrado sistema, el cual está a temperatura ambiente. Datos Sistem a propuesto En primer lugar podemos presentar la siguiente gráfi- 32 ca: 30 Tem peratura [°C] 28 26 24 65 Filtrado Datos 22 60 Sistem a propuesto 55 20 50 18 Tem peratura [°C] 45 0 50 100 150 200 250 Tiem po [s] 40 35 Se puede observar que el sistema propuesto responde 30 muy cerca de los datos con los errores introducidos. Gra- 25 cias a los marcados detalles de este tipos de sistema pode- 20 mos seguir obteniendo un modelo muy aproximado y re- 15 0 50 100 150 200 250 300 alista aún con datos en donde se ha perdido por completo Tiem po [s] la obtención de los valores reales. De los datos obtenidos y trabajados con los algoritmos morfológicos, llegamos a: dónde en color rojo observamos los datos que se cap- Retardo de Constante de Tiempo de Temperatura en turaron cada 1 segundo, en azul es esta señal pasada por transporte [s] tiempo [s] asentamiento [s] reg. permanente [°C] un filtro de vídeo dos veces y en verde el sistema teórico 29 60.25 212 34.236163 que proponemos. 17 53.75 198 60.637213 También a modo de prueba podemos observar que los sistemas de primer orden poseen características muy Promediando entre estos dos resultados, podemos pro- marcadas. De forma práctica introducimos errores a los poner el siguiente sistema de primer orden: datos de una segunda captura y observamos que aún se Retardo de Constante de Tiempo de obtenían los parámetros característicos sin problema. En transporte [s] tiempo [s] asentamiento [s] la siguiente figura se presenta el sistema con los datos de 23 57 205 “error” introducidos: ii
  • 3. Comportamiento del sistema frente a un ¿Qué producen las diferencias? Hay algunos puntos control ON-OFF que nos impiden obtener una representación fiel: Se esquematizo un control ON-OFF con el sistema tér- El sistema térmico posee pérdidas de temperatura mico SISO a escala y los datos nos fueron entregados. En puesto que no esta sellado en su parte superior. la siguiente figura se puede observar estos datos grafica- Las pérdidas que se producen a través de las pare- dos cómo así los mismo que han sido filtrados por un des del sistema. filtro de vídeo: El sistema de enfriamiento por las mismas pérdi- das produce diferentes constantes de tiempo pro- duciéndose así dos sistemas de primer orden con 55 Datos diferentes retardos de transporte. Filtrado La temperatura de la resistencia calefactora está 50 relacionada con la tensión eficaz de la red la cual 45 posee variaciones que no se pueden controlar ni predecir. Tem peratura [°C] 40 Desconocemos la linealidad en la entrega de los datos de entrada hacia la corriente que percibe la 35 resistencia calefactora. 30 El sistema presenta cuantizaciones que no se han tenido en cuenta. Además la entrega de informa- 25 ción no es continua sino que es aproximadamente a un segundo por limitaciones del sistema que de- 20 0 100 200 300 400 500 600 sarrollaron. Tiem po [s] Las variables no son poseen una transformación directa puesto que la entrada del sistema es a Para poder interpretar el alcance de los datos que se través de una variable de 1 byte por RS-232C por obtuvieron con el modelado se planteo un sistema de con- lo que es un poco más complicado representarlo trol tipo ON-OFF con la herramienta Xcos del Scilab según hemos visto en la cursada. para simular el comportamiento del sistema térmico. La respuesta fue: Controlador PID Control ON- OFF sim ulado El problema del controlador PID es que aunque es 55 un controlador muy utilizado es laborioso y a veces muy 50 complicado sintonizarlo. En nuestro caso el mayor in- conveniente y principal que los datos otorgados con en 45 base a un sistema realimentado. Esto nos introduce en Tem peratura [°C] 40 un dilema puesto que los métodos de sintonización em- píricos que se pueden utilizar están restringidos a consid- 35 eraciones que no están presentes dentro de los datos que 30 se nos entrego. 25 Esto nos lleva a una problemática imposible de ob- viar y es que es necesario hacer algunas pruebas sobre la 20 0 100 200 300 400 500 600 “planta” antes de poder lograr siquiera plantear la imple- Tiem po [s] mentación del sistema PID. Sin embargo algunas pruebas a lazo cerrado se pueden utilizar. Podemos advertir una gran similitud entre las dos úl- Un método fundamental en la sintonía de reguladores timas gráficas. Evidentemente el sistema propuesto no PID, es un método en lazo cerrado propuesto por Ziegler esta muy lejos de representar el sistema térmico. Aquí y Nichols en el año 1942, cuyo nombre más conocido podemos observar el sistema que lo emula: es el método de la oscilación sostenida. Es un algorit- mo basado en la respuesta en frecuencia del proceso. Las características a determinar son: Ganancia proporcional crítica (Kc).- Es la ganan- cia de un controlador solo proporcional, que provoca que el sistema sea oscilatorio (crítica- mente estable). Periodo de oscilación sostenida (Tc). Es el perio- do de oscilación que se consigue con la ganancia crítica.
  • 4. Estás fórmulas de Ziegler y Nichols poseen reglas heurís- Graphic 1 ticas: 60 Las constantes de tiempo integral y derivativa se 50 fijan en función del período de la oscilación man- 40 tenida. 30 La ganancia proporcional se fija en función de la y ganancia crítica. 20 La constante de tiempo derivativa es igual a un 10 cuarto de la constante de tiempo integral. 0 Siguiendo se planteo el sistema a continuación para hallar - 10 la ganancia crítica: 0 50 100 150 200 250 300 t En color negro podemos observar la respuesta con el PID. Vemos que para una primera aproximación hemos logrado aumentar el tiempo de levantamiento, pero con un sobre-paso importante. Sin embargo, es cuestión de retocar estos valores para obtener las especificaciones de diseño. Así con el valor de kc = 4,55 se obtuvo esta respuesta El desarrollador nos entrego los siguientes datos del quasi-oscilante: PID que implemento sobre el sistema térmico: 80 Graphic 1 Datos 100 Filtrado 70 80 Tem peratura [°C] 60 60 50 40 y 40 20 0 30 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 - 20 0 200 400 600 800 1000 1200 Tiem po [s] t Evidentemente esto nos demuestra que podemos De esta forma se hallo que el T c, el período sostenido seguir trabajando sobre la sintonización de los parámet- era de unos 81 segundos aproximadamente así que se es- ros PID cómo mencionamos antes. tablecio la tabla del método: Software utilizado K =0.6 * Kc =2.73 Ti =0.5 * Tc =40.5 Lyx. Es un procesador de texto para escribir material Td =0.125 * Tc =10.125 técnico-científico cómo principal uso. La versión utilizada fue la 2.0.0. Disponible en http://www.lyx.org/. Con estos valores se plante el sistema con un contro- lador PID en trayectoria directa: Scilab. Es un lenguaje interprete para calculo computa- cional dirigido al público técnico. Presenta semejanzas a otros cómo Octave. La versión utilizada fue la 5.3.3. Disponible en http://www.scilab.org/. Libreoffice. Suite informática que alberga un editor y formateador de textos, planilla de cálculos, una her- ramienta para gráficos y diagramas simple, otra her- ramienta para la creación de presentaciones interacti- Para poder darle un contexto a estos resultados com- vas para pc cómo otras herramientas necesarias. La ver- paremos lo que sucede con la respuesta de este PID y el sión utilizada fue la 3.3.4. Disponible en http://www. sistema sin compensar: libreoffice.org/.
  • 5. Conclusiones de control con muy poca información y en parte lograr muy buenos resultado aún siendo que se obtuvieron los Aún siendo que los sistemas térmicos son matemática- parámetros con la fuente de información ruidosa. Así que- mente más sencillos que muchos otros, presentan algunos da en claro que los sistemas de control similares a este desafíos prácticos. En primer lugar la inercia a la cual deberían ser posibles de modelar de forma sistemática y denominamos retardo de transporte nos impide realizar prever su comportamiento sin invadir prácticamente el ajustes agresivos cómo los que produce el control ON- funcionamiento del mismo. OFF. Este retardo limita nuestra opciones al momento de intentar realizar un control sobre un pequeño entorno. Referencias Desde el punto de vista puramente práctico, al mo- [1] “Limitaciones fundamentales en control SISO”, mento de estudiar los datos que el desarrollar nos en- apuntes de cátedra. Facultad de ingeniería, Universi- trego pudimos notar como las perturbaciones se hacían dad de la República, Uruguay. evidentes. El sistema no estaba debidamente aislado pero [2] Paola Niño-Suárez, M. Velasco Villa y E. Aranda aún así mostraba una clara respuesta cómo la de un sis- Bricaire, “Exact discretization fo a movable robot tema de primer orden. with transport retardation”. Universidad militar nue- va granada. Agosto 2006. El control ON-OFF es un control bastante sencillo de [3] “Sistemas dinámicos lineales de primer orden”, aplicar y existen muchas alternativas prácticas, desde la Apuntes de control distribuido 05-0, Depto. Inge- utilización de circuitos analógicos cómo así digitales. Sin nier´ de Sistemas y Automática, Universidad de ía embargo, presenta un desafío al momento de lograr una Sevilla. determinada prestación, existe una relación de compro- [4] Leonardo J. Marín, Víctor M. Alfaro, “Sintonización de controladores por ubicación de polos y ceros”. miso grande que no se puede obviar. Departamento de Automática, Escuela de Inge- El mayor resultado de la esta práctica fue lograr pre- niería Eléctrica, Universidad de Costa Rica Apartado decir el comportamiento del sistema a un cierto tipo postal 2-10, 2060 UCR, San José, Costa Rica.
  • 6. Anexo Programa para la obtención de los parámetros del sistema térmico SISO a escala. El siguiente programa aplica un estudio morfológico sobre los datos que el desarrollador del sistema obtuvo. 1 // Promediado m ó v i l : 2 // t = m a t r i z con l o s d a t o s 3 // c = columna a a n a l i z a r , s i e s un v e c t o r s e pasa 0 4 // x t = c a n t i d a d de m u e s t r a s a promediar en cada punto 5 function [ r e g ]= a l i a s i n g ( t , c , xt ) 6 m ize ( t ) ; =s 7 f o r i =( xt + 1 ) : (m(1) − xt ) 8 r e g ( i −xt )=0; 9 f o r j=−xt : xt 10 i f c == 0 then 11 r e g ( i −xt )= t ( i+j )+ r e g ( i −xt ) ; 12 else 13 r e g ( i −xt )= t ( i+j , c)+ r e g ( i −xt ) ; 14 end 15 end 16 r e g ( i −xt )= r e g ( i −xt ) / ( 2 ∗ xt +1); 17 end 18 endfunction 19 20 // Busca e l tiempo donde su r e s p u e s t a e s t e d e n t r o d e l p o r c e n t a j e ( c o t a ) d e l v a l o r 21 // t = v e c t o r donde hay que b u s c a r 22 // value = valor ( amplitud ) 23 // c o t a = margen ( en p o r c e n t a j e ) 24 function [ y]= l o o k i n g f o r ( reg , v a l u e , c o t a ) 25 j =1; 26 v ( j )=−1; 27 f o r i =1: length ( r e g ) 28 i f ( v a l u e <=(r e g ( i )+ r e g ( i ) ∗ c o t a /100))&( v a l u e >=(r e g ( i )− r e g ( i ) ∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then 29 v ( j )= i ; 30 j=j +1; 31 end 32 end 33 i f v(1)==−1 then 34 y=−1; 35 else 36 y=min( v ) ; 37 end 38 endfunction 39 40 // Determina e l tiempo de asentamiemto r e c o r r i e n d o d e s d e l o s ú l t i m o s d a t o s 41 // a p o r t a d o s . 42 // t = v e c t o r con l o s d a t o s 43 // c o t a = p o r c e n t a j e de c o t a 44 function [ t s ]= t i m e s t o r a g e ( reg , c o t a ) 45 temp=r e g ( length ( r e g ) ) ; 46 f o r i=length ( r e g ) −1: −1:1 47 i f ( r e g ( i ) > ( temp+temp∗ c o t a / 1 0 0 ) ) | ( r e g ( i ) <(temp−temp∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then 48 ts = i ; 49 return ; 50 end 51 end 52 endfunction 53
  • 7. 54 // Busca e l v e r d a d e r o c e r o d e l s i s t e m a de primer orden t r a z a n d o l a s s e c a n t e s 55 // ( d e r i v a d a s d i s c r e t a s ) y comparandolas d e n t r o de un margen con l a d e r i v a d a 56 // que l e c o r r e s p o n d e a l s i s t e m a s i n r e t a r d o de t r a n s p o r t e en e l tiempo = 0 57 // t = vector a analizar 58 // d = pendiente a buscar 59 // p e r = margen de c a p t u r a ( p o r c e n t a j e ) t s t o r a g e 60 function [ y]= s y s c e r o ( reg , d , c o t a ) 61 f o r i =1: length ( r e g ) 62 // For debug : 63 // d i s p ( r e g ( i +1)− r e g ( i ) ) ; 64 i f ( ( r e g ( i +1)− r e g ( i ))>=(d−d∗ c o t a / 1 0 0 ) ) & ( ( r e g ( i +1)− r e g ( i ))<=(d+d∗ c o t a / 1 0 0 ) ) then 65 y=r e g ( i ) ; 66 return ; 67 end 68 end 69 endfunction 70 // K i l l l a s v a r i a b l e s : 71 c l e a r tau ; c l e a r c e r o ; c l e a r KA; c l e a r r e g ; c l e a r data ; c l e a r i ; c l e a r t ; 72 c l e a r t s ; c l e a r i n i ; c l e a r temp ; c l e a r f i l e n a m e ; c l e a r l ; 73 // Ruta a b s o l u t a a l a r c h i v o : 74 f i l e n a m e = " / media / s t o r a g e /UTN −UAC/5 t o / C o n t r o l / p r a c t i c a / l a b 0 2 / c a p t u r a 3 . t x t " ; 75 // Carga una m a t r i z con l o s d a t o s en l o s a r c h i v o s 76 temp=csv_read ( f i l e n a m e , a s c i i ( 9 ) , [ ] , " d o u b l e " ) ; 77 // Se b o r r a e l c a n v a s para e l d i b u j o de l o s p l o t s 78 clf (); 79 // Promediado m ó v i l 80 // dos p a s a d a s 81 r e g=a l i a s i n g ( temp , 2 , 5 ) ; 82 r e g=a l i a s i n g ( reg , 0 , 5 ) ; 83 // Graficamos l a c u r v a f i l t r a d a : ( o b v i a m e n t e p i e r d e p u n t o s ) 84 plot ( reg , " b l u e " ) ; 85 // Buscamos e l tiempo c u á l su v a l o r de a m p l i t u d s e a c e r q u e en un 3 % a l 86 // tiempo de e s t a b l e c i m i e n t o en l a s e ñ a l f i l t r a d a 87 t s=t i m e s t o r a g e ( reg , 2 ) ; 88 // E s t a b l e c e m o s KA como un s i m p l e promedio ( por ahora ) 89 KA=0; 90 f o r i=t s : length ( r e g ) 91 KA e g ( i )+KA; =r 92 end 93 KA KA/ ( length ( r e g )− t s ) ; = 94 // Obtenemos e l t a u para l a s e ñ a l f i l t r a d a y s i n c o n d i c i o n e s i n i c i a l e s 95 tau =( t s / 2 . 2 ) ; 96 // Buscamos e l s u p u e s t o c e r o de l a f u n c i ó n ( d e r i v a d a KA/ t a u ) 97 y=0; 98 y=s y s c e r o ( reg , KA/ ( 2 ∗ tau ) , 3 ) ; 99 data =0; 100 l=s i z e ( temp ) ; 101 f o r i =1: l ( 1 ) 102 data ( i )=temp ( i , 2 ) ; 103 end 104 // Buscamos e l c e r o d e l s i s t e m a de primer orden : 105 c e r o = l o o k i n g f o r ( data , y , 3 ) ; 106 // Graficamos l o s d a t o s e x p e r i m e n t a l e s o b t e n i d o s 107 t = [ 1 : length ( r e g ) ] ; 108 plot ( t , temp ( t , 2 ) , " r e d " ) ; 109 // Promediamos l o s v a l o r e s que s e e n c u e n t r a n d e n t r o d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e
  • 8. 110 // de l o s d a t o s e x p e r i m e n t a l e s ( c o n d i c i o n e s i n c i a l e s ) 111 i n i =0 112 f o r i =1: c e r o 113 i n i=i n i+temp ( i , 2 ) ; 114 end 115 i n i=i n i / c e r o ; 116 // Completamos l o s d a t o s d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e de l a f u n c i ó n p r o p u e s t a con 117 // l a c o n d i c i ó n i n i c i a l de t e m p e r a t u r a ( c e r c a n a a l a temp . a m b i e n t e ) 118 f o r i =1: c e r o 119 t ( i )= i n i ; 120 end 121 // El v e r d a d e r o t a u ! (No nos o l v i d e m o s d e l r e t a r d o de t r a n s p o r t e ) 122 tau =( t s+c e r o ) / 4 ; 123 // Generamos l a f u n c i ó n c o m p l e t a que s e propone 124 f o r i=c e r o : length ( r e g ) 125 t ( i )= i n i +(KA n i )∗(1 −exp( −( i −c e r o ) / ( tau ) ) ) ; −i 126 end 127 // Graficamos e l s i s t e m a p r o p u e s t o 128 plot ( t , " g r e e n " ) ; 129 // E t i q u e t a m o s l o s e j e s : 130 x l a b e l ( " Tiempo␣ [ s ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ; 131 y l a b e l ( " Temperatura ␣ [ C ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ; 132 // Informamos de que s e t r a t a cada g r á f i c a : 133 h l=l e g e n d ( [ ’ F i l t r a d o ’ ; ’ Datos ’ ; ’ S i s t e m a ␣ p r o p u e s t o ’ ] , 2 ) ; 134 // Por c o n s o l a imprimimos l o s v a l o r e s que queremos : 135 disp ( tau , " Va lor ␣ d e l ␣ tau : " ) ; 136 disp ( c e r o , " Valor ␣ d e l ␣ c e r o : " ) ; 137 disp (KA, " V a lor ␣ en ␣ régimen ␣ permanente : " ) ; 138 disp ( t s , " V alor ␣ d e l ␣ tiempo ␣ de ␣ a s e n t a m i e n t o : " ) ; Programa para graficar los datos del sistema de control ON-OFF y el filtrado del mismo. El siguiente programa permitío graficar los datos que se nos dio un pasarlos por un simple filtro. 1 // Promediado m ó v i l : 2 // t = m a t r i z con l o s d a t o s 3 // c = columna a a n a l i z a r , 4 // s i e s un v e c t o r s e pasa 0 5 // x t = c a n t i d a d de m u e s t r a s 6 // a promediar en cada punto 7 function [ r e g ]= a l i a s i n g ( t , c , xt ) 8 m ize ( t ) ; =s 9 f o r i =( xt + 1 ) : (m(1) − xt ) 10 r e g ( i −xt )=0; 11 f o r j=−xt : xt 12 i f c == 0 then 13 r e g ( i −xt )= t ( i+j )+ r e g ( i −xt ) ; 14 else 15 r e g ( i −xt )= t ( i+j , c)+ r e g ( i −xt ) ; 16 end 17 end 18 r e g ( i −xt )= r e g ( i −xt ) / ( 2 ∗ xt +1); 19 end 20 endfunction 21 // Ruta a b s o l u t a a l a r c h i v o : 22 c a p o n o f f = " / media / s t o r a g e /UTN −UAC/5 t o / C o n t r o l / p r a c t i c a / l a b 0 3 / c a p t u r a s / o n o f f o u t p u t . c s v " ; 23 // Carga una m a t r i z con l o s d a t o s en l o s a r c h i v o s 24 ascii (9)
  • 9. 25 r e g=csv_read ( c a p o n o f f , " ␣ " , [ ] , " d o u b l e " ) ; 26 l e n=s i z e ( r e g ) ; 27 l e n=l e n ( 1 ) ; 28 t =[1: len ] ; 29 clf (); 30 plot ( t , r e g ( t , 3 ) , " r e d " ) ; 31 data=a l i a s i n g ( reg , 3 , 5 ) ; 32 t = [ 1 : length ( data ) ] ; 33 plot ( t , data , " b l u e " ) ; 34 // E t i q u e t a m o s l o s e j e s : 35 x l a b e l ( " Tiempo␣ [ s ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ; 36 y l a b e l ( " Temperatura ␣ [ C ] " , " f o n t s i z e " , 3 ) ; 37 // Informamos de que s e t r a t a cada g r á f i c a : 38 h l=l e g e n d ( [ ’ Datos ’ ; ’ F i l t r a d o ’ ] , 2 ) ; E-mail address: nelson.lombardo@gmail.com - nelson_lombardo@riseup.net