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Tecnologia de sistemes de control
Introducción y aplicación en LabVIEW para el control
de un proceso contínuo mediante PID
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ÍNDICE
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1 Introducción al LabVIEW
1.1 Instrumento virtual (VI)
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1. 2 Entorno gráfico
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1. 3 Otros lenguajes de programación
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1.4 Evolución del LabVIEW
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2 Control PID
2.1 Introducción.
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2.1.1. Acción de control proporcional.
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2.1.2.Acción de control integral.
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2.1.3. Acción de control derivativa
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2.1.3.1. Filtro en la acción derivativa.
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2.2. Estructures de control
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2.2.3. Algoritmo Paralelo.
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2.3. Arquitecturas de control PID
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3 PID Software VI's
3.1 Introducción
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4 Aplicación introductoria al LabVIEW
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5. Aplicación de un control PID, sobre un proceso
continuo:
5.1 Descripción del proceso a controlar
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5.2 Descripción del diagrama de bloques
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5.3 Panel frontal de la aplicación
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  • 8. $ 2 Control PID 2.1 Introducción. ! * 0 3 * * 0 * 1 : 3 3 1 B * * + * J 1 * H * 1 ) * 1 * : + * * J * * 0 0 * * ) A &)" , * * 3 3 * * 4 * 3 * 3 * * 1 * * * 0 + 1 0 ) 4 * * * 4 3 3 : 4 3 0 : 3 * I * * * * 4 0 + * * * 1 B * * ! 3 * * 1 * ) F&GF5G + 3 * * + 3 3 + 4 : + * 4 4 ) ++= * * C D >C D* > " C DKC D 3 A " 2.1.1. Acción de control proporcional. * * H * 3 3 H * ) * =C D H * CONTROL PLANTA ELEMENTO DE MEDIDA
  • 9. # K * * 3 3 3 3 C D A &)& * * 3 3 3 : * 3 3 : H * * 3 4 * H * ) * 3 * 4 3 * * 3 H * * * * : * 3 3 H * ) * * 3 3 3 * * ) * 0 3 : ) * * 3 * 1 * * * * : * : * * 1 + * 1 C : D * * 3 3 4 3 * 3 * • * 3 ) • + * 3 * 3 ) 2.1.2.Acción de control integral. 8 H * 3 3 * H *
  • 10. "M = 3 * > K C D A & , 0 3 * 3 * + 1 N * * I 3 3 3 H * 1 + * 3 3 * H * ) > J 3 H * * 1 * H * I C DOM 3 C DOM) 3 * * * + * * 1 + * 1 * ) , * + 4 * * 3 > 3 * 3 4 1 * * * : * : 3 ) A &)( * * 3 ! 2.1.3. Acción de control derivativa , 3 * + * 4 4 4 * * * * 3 4 0 4 * * 3 3 * ) + * * * * 3 1 * * * : J 3 1 * 3 + * 4 4 )
  • 11. "" * * >KC D *= A ( , + * * 4 4 H * 3 3 * 4 * * H * ) * * 4 4 * * 4 * * H * P Q * 0 * C * D 3 * * + * H * B 4 ) 1 * + 3 4 ) * + * * 4 4 H * * * : 1 * * * * 4 ) * 4 4 3 * : 3 * 3 * H * ) C DO OR=C DOM + * 4 4 * : * 4 4 3 * + 3 1 * * + 3 4 ) F&GF5G A &)5 * * 3 2.1.3.1. Filtro en la acción derivativa. 0 + * 4 4 3 0 3 * : : 3 3 * * 4 * ) , 3 * 4 4 : 3 1 + * 1 )
  • 12. "& ">S >K C D C D= 3* + = A ( * αααα 1 * 1 * 4 4 ) 1 4 3 M)M/ :M)" ) * 1 * 3 * : * 3 αααα ) , 4 + * 4 4 0 * 4 * 1 : 1 0B 4 * 0 αααα , * 1 0 3 1 * 3 4 : 3 4 4 * * ) + J * * * * ) 3 * + 1 * 4 4 * * 4 ) 4 * * * ">S >K C D C D= 3* + = A 5 2.2. Estructures de control * 1 * ! * * * 1 * 4 * * ! * * * 3 * * 3 * * ! ; ! 4 ! 4 : ) 4 * * ; ! 4 0 * * 3 ! C ! : 1 D * 3 C> D 1 : 3 * 4 4 : * 3 * 4 4 >* 1 : 3 ) 2.2.1 Algoritmo No Interactivo * 3 B * 0 : * 3 ! ) * + * 1 * : * 4 4 * 3 * * 3 0 * * 3 N * * H * ) * 3 3 N ) 1 H * * 4 * * : ) 0 4 3 ! 4 ) A &)/ ! 4 Error Control
  • 13. "( 2.2.2. Algoritmo Interactivo. * 4 C 0 D * 1 + * 3 0 4 * * 3 3 3 :* 4 4 ) 3 J 3 3 * * * ) L : 4 + 3 3 1 4 , 3 4 * 0 10 * 1 ) * 1 * * * 0 J + : 1 J * 4 4 ) 1 * 0 : * * * 3 ) A &)9 ! ! 4 = 4 * 4 1 4 3 + * 3 1 * * 1 * ) 1 + * * 3 + * 3 1 * + 0 3 * * * ) ; 3 1 * * * * ! 4 1 1 * 4 4 3 3+ * ) 2.2.3. Algoritmo Paralelo. 1 0 * ! ) , * N * H * ) J 1+ 0 1 B 3 3 0 * 3 + 1 :* ) * + * 3 * 4 * 3 3 * 3 * * * 0 * ) A &)@ ! Error Control ControlControl
  • 14. "5 2.3. Arquitecturas de control PID * * ! 4 3 * 1 4 3 1 ) * 3 3 * * 3 3 * 3 * 0 1 + * H P Q * * * 1 )F&GF5G 3 1 3 * 4 2.3.1 PI-D: , + * 4 4 N N * * 3 : H * ) 1 4 3 ! 3 H * : B 4 4 * * 4 ) * * * 1 3 H * ) A &)$ ! 2.3.2. I-PD: 3 * 4 4 3 3 N * : ) N * 0 3 : 3 H * 0 4 ) A &)# ! E(s) C(s) Y(s) E(s) C(s) Y(s)
  • 15. "/ 3 PID Software VI's 3.1 Introducción , * 3 4 * ! * 0 + * 3 1 4 * * * * 4 * 3 ) * 4 * 0 * * 3 3 0 * 3 3 * 4 4 * 3 * ! * , -!. /)M 1 3 * 1 16 * ! 7) ! 7 1 ; ! > < ) , -!. 3 * * 3 4 * 1 ) J * * 3 * * * * 3 + 3.2 PID.VI , -!. 3 3 0 * ) A ()& B * * ! )-! • * ! ) • !" # 4 * 4 * * + ) A ()" 4 * ! )-!
  • 16. "9 • $ # * * 3 * 4 4 ) • 8 3 3 ) • * 3 ) B3 * ) - M + ) • * 3 * 4 4 ) B3 * ) - M* 4 + ) • % & " " 4 * 4 * * ) • ' 8 3 * 3 1 * ) • "( - 3 4 * 3 : ) * 1 M) • )*) - 0B 3 4 * 3 : ) * 1 "MM) • '& "( - * * * * ) * 1 "MM) • '& )*) - 0B * * * * ) * 1 "MM) • " + * 3 * * *) : * ) • ,& * 0 ) * * 1 ) • -! + # 4 3 3 * 3 0 * * * ! 3 3 * 3 3 ) * 1 M * * 3 3 ) K O"MM%? ) C? O * 3 3 D) • , * + 4 * * * * C * * * : D) • . 4 4 * 3 3 * ) * 1 " 3 3 * 3 : * 3 ) = 4 3 H M" 3 * * 3 1 3 ) • / 0 # 3 1 * * * H * M") 4 * " 3 3 3 3 M" 3 B * 3 3 3 3 + ) • 4 C D -! * ) 4 M 3 * * * + ) • N * + * * ) • '& & * * * ) F(G 3.3 PID ( gain scheduling).VI , 3 C8 * D 1 * * 3 0 * * 3 * * * * * 3 + * * ) 3 4 3 3 * 4 * 3 * * * H B ) 4 + 3 T 3 7 3 0 * 3 4 * 4 4 ) , 3 : * 0 * * 3 + ) -!3 3 ! 3 3 3 3 * 4 4 )
  • 17. "@ A ()( B * * ! C8 * D)-! • * ! ) • !" 4 * 4 * * + ) • ) &" * 1 4 * 3 3 3 0 3 3 :* 4 4 ) • ) &" 1 * 4 * 3 3 4 3 0 * ! ) * 4 3 1 0B 4 * ) • $ * * 3 * 4 4 ) * * 3 0 3 * * * * ) • $ * 3 3 :* 4 4 ) • 8 3 3 ) • * 3 ) B3 * ) - M + ) • * 3 * 4 4 ) B3 * ) - M * 4 + ) • ) &" * & 1 4 * 3 4 P * Q) * P * 3 Q * 4 * 4 * * P * Q* * 3 3 ) • % & " " 4 * 4 * * ) • ' 8 3 * 3 1 * ) • "( - 3 4 * 3 : ) * 1 M) • )*) - 0B 3 4 * 3 : ) * 1 "MM) • '& "( - * * * * ) * 1 "MM) • '& )*) - 0B * * * * ) * 1 "MM) • " + * 3 * * *) : * ) • ,& * 0 ) * * 1 ) • -! + # 4 3 3 * 3 0 * * * ! 3 3 * 3 3 ) * 1 M * * 3 3 ) K O"MM%? ) C? O * 3 3 D)
  • 18. "$ • * + 4 * * * * C * * * : D) • . 4 4 * 3 3 * ) * 1 " 3 3 * 3 : * 3 ) = 4 3 H M" 3 * * 3 1 3 ) • / 0 3 1 * * * H * M") 4 * " 3 3 3 3 M" 3 B * 3 3 3 3 + ) • 4 C D -! * ) 4 M 3 * * * + ) • N * + * * ) • ) &" * !" - * 3 * 3 0 ! * 4 P * Q) * * + * 4 P * 3 Q * P * 3 Q) , 4 * 3 * * * 4 * * 3 3 * 4 * 3 ) • '& &# * * ) F(G 3.4 PID (Compatible) -! * ! -!U* * ! 3 3 * *) , * : * *J ! ) ; -! ! 4 * ) -! 3 + B * < ! -!: 3 3 -!) L : * * ) , * * + * * * * * + * * 3 3 + * ! * * 3 + 1 ) A ()5 B * * ! C 3 :D)-! • * + 4 * * * * C * * * : D) • % & " & 123 3 0 3 * B3 * V • N * + * * ) • 3 * 3 B3 * 3 ) • !" 3 4 * 4 * * + ) • ,& # 0 1 ) • & * $ 3 0 • * 3 3 CVD) , * * "MM%? )
  • 19. "# • # 3 3 ) MO* 4 ) • 3 3 + ) MO* 4 + * 4 4 ) • 0 " $ 24 4 * * -!) 4 * 3 * + * * ) • " + # 4 * * ) 4 + * : * ) • '& & 3 * * * B3 * V) F(G 3.5 PID (autotuning).VI -! ! -! 3 ) -! * 3 3 1 3 * ) 4 * * ) A ()/ ! C D)-! • & & * $ 3 * 4 ) • "" 0 3 1 ! ! ) • 5 0 " # 3 1 N * * * * 3 * :3 * 1 ) 0 4 + * 3 0 ) ; 3 * 3 * 3 ) • "0 $ "& 3 * * + 4 * ) 4 C 3 * 4 D : C 3 * 4 D) • " * # 3 1 + * 3 * 3 0 ! * * * * 3 3 * ) = 3 03 * 3 3 3 * * 3 3 3 3 3 ) • " " + * 4 * * * * * * 4 * 3 • & & 6 + * 3 * 3 3 * : * ) • 4 * * 3 4 * 3 ) • !" 4 * + * * ) • ) &" * 1 3 3 3 0 3 3 * 4 4 )
  • 20. &M • ) &" # 1 * 4 * 3 3 4 3 0 * ! ) * 4 3 1 0B 4 * ) • $ * * 3 * 4 4 ) * * 3 0 3 * * * * ) • $ * 3 3 :* 4 4 ) • 8 3 3 ) • * 3 ) B3 * ) - M + ) • * 3 * 4 4 ) B3 * ) - M* 4 + ) • ) &" * & # 1 4 * 3 4 P * Q) * P * 3 Q * 4 * 4 * * P * Q* * 3 3 ) • % & " " 4 * 4 * * ) • ' 8 3 * 3 1 * ) • "( - 3 4 * 3 : ) * 1 M) • )*) - 0B 3 4 * 3 : ) * 1 "MM) • '& "( - * * * * ) * 1 "MM) • '& )*) - 0B * * * * ) * 1 "MM) • " + # * 3 * * *) : * ) • ,& # * 0 ) * * 1 ) • -! + # 4 3 3 * 3 0 * * * ! 3 3 * 3 3 ) * 1 M * * 3 3 ) K O"MM%? ) C? O * 3 3 D) • * # + 4 * * * * C * * * : D) • . 4 4 * 3 3 * ) * 1 " 3 3 * 3 : * 3 ) = 4 3 H M" 3 * * 3 1 3 ) • / 0 3 1 * * * H * M") 4 * " 3 3 3 3 M" 3 B * 3 3 3 3 + ) • 4 C D -! * ) 4 M 3 * * * + ) • N * + * * ) • ) &" * !" - * 3 * 3 0 ! * 4 P * Q) * * + * 4 P * 3 Q * P * 3 Q) , 4 * 3 * * * 4 * * 3 3 * 4 * 3 ) • '& & * * ) • & * $ " 6!* 3 * 3 * ) 3 * 3 M* * + * * ! ))
  • 21. &" • & $ 3 0 * * 4 1 * 3 * * ! ) ; * 1 * * * * * * 3 0 ) • ) &" # 1 * 4 * 3 3 4 3 0 * ! ) * 4 3 1 0B 4 * ) • $ * * 3 * 4 4 ) * * 3 0 3 * * * * ) • $ * 3 3 :* 4 4 ) • 8 3 3 ) • * 3 ) B3 * ) - M + ) • * 3 * 4 4 ) B3 * ) - M* 4 + ) • ) &" * & 1 4 * 3 4 P * Q) * P * 3 Q * 4 * 4 * * P * Q* * 3 3 )
  • 22. && 4 Aplicación introductoria al LabVIEW Control de temperatura 2 4 ! * + 3 + , -!. ) 3 + ) * 3 3 4 + * 3 ) L 16 * ; ! ) * * -! , -!. * 4 = 3 0 3 1 CA &D : 3 0 4 * 3 + 01 C1 "D) 3 + * 3 1 * 3 * * * * * 3 : 3 * * * 0 N * * * 3 3 ) 4 * * 3 4 * N 3 * * * * ) 3 0 * 3 + 6 3 : * 3 0 3 * ) 4 * 1 3 + T 6 1 7 0 * * ) F"G 2 * * 3 * * J CL D) A 5)" N3 1
  • 23. &( , * : 3 * 4 * N * 3 * 3 1 ) , * 1 3 * 4 * N * 3 * * * ) 3 N * 3 N * * 3 * ) A 5)5 ? * 1 A 5)/ * A 5)9 3 * ; J J A 5)& ? * A 5)( ? *
  • 24. &5 J = 4 * J * * 3 * * * ) W + 3 * 3 3 3 3 3 * 4 3 3 * ) = 4 3 3 0 * 3 * ) , + * 4 * 3 * 1 * 3 * 3 + 0 * 1 * 0 * * 3 4 * ) 3 3 + C 4 * 3 1 D 4 * * ) > * * * : 1 * 3 * * 3 * 1 + 3 * * * * ) 3 C 6 D !* * 3 C. D !* * 3 C 3 D 3 CL D 3 + * 4 * 4 3 * 3 1 A 5)@ 1 * * 3 )
  • 25. &/ * 6 * P Q) , 6 0 3 6 * 4 T1 7) , 3 0 * 3 * L ) * T 7 * 3 * 4 3 ) > * 4 4 3 * 01 ) T6 7 * * "MM * ) 4 * * 3 * ) A 5)$ * * * 3
  • 26. &9 5. Aplicación de un control PID, sobre un proceso continuo: 5.1 Descripción del proceso a controlar > 3 3 3 + 3 3 * C ?D : 1 + * 3 * 1 * 4 3 * 3 ) 1 * 3 * * 3 : * 404 * 3 * * * * * 3 + * * ) * * * * * 3 * * 3 3 * * 1 3 3 + 3 3 ) * * 3 * 3 3 * 4 3 4 * * 3 * ) , * 1 * 3 * * * 3 + * * 1 3 3 * + ) 3 * 3 * 01 4 + * 3 ) > 01 * : * 4 * * * 4 * : * * * ) * * * * * 3 404 4 * 3 3 ! ) 5.2 Descripción del diagrama de bloques , 0 * 3 T6 7) * * * 3 * 3 + ) , 3 + 0 * * + * 3 + T1 7) 3 * * 3 * * 0 3 * * * T 7 4 0 * 3 T 7) * * T 73 T6 7 3 * &/M * ) , ! )-! 3 0 0 * ) , * ! 7 * * * * 23 : 0 * ! ) 4 0 B3 * 3 ( C 16 ! 7D) , 4 * 0 * * * 3 1 ) > J * ! * 4 * + * 3 * * 4 3 ) N ! 4 * + * ) , * 3 3 ! * * * * 3 + * 404 * * ) 3 * 3 3 * * * 01 3 3 , -!. ) * * * T. 4 1 7 3 * ) 01 * 3 * * 4 * 4 * * :* * ) 3 * * T. 4 1 7 * 3 * T * 7 0 N ) T * 7 * 3 + * 4 )
  • 27. &@ , 3 )4 * * 3 * ! ) C -! 0 B3 * 0 B 3 * /)5D) * 4 * 3 * M * * / * * 3 * * * 4 3 + * + 3 1 404 * * ) T3 * * 7 * 4 T&7 * * T6 7 : * * + 3 0 1 ) 0 /MM ) T3 7C 4 ")/ D 3 * * 3 * ) T3 *7 * * * 4 M:"MM * 3 * * * 3 + * 3 + * 3 3 * * T 3 "7: T 3 &7) , 4 T 7* * * T6 7) T> , 7 * 3 C D * 3 * 4 * M( ) T* * *7 * 4 T"7 3 0 * * * * 3 ) , * 0 * 4 3 * * 3 T * *7* 4 ) A /)" * * ! 3 ) 5.3 Panel frontal de la aplicación 3 1 3 * -!. * * 0 3 * * * : * * 3 ) * * * 3 *
  • 28. &$ * 1 * *) 3 3 + * " : * * # $ 3 * 3 * * ! : J 1 * * * 3 * 4 3 * * * * * * 3 + 3 ) A /)& 1 * ! 3 3 * 4 3 0 ! * J 3 * 1 4 3 C1 /)(D 3 J * 3 * * 3 : * J 3 4 3 3 3 ! C1 /)5D) A /)5 A /)(
  • 29. &# 5.4 Planta VI , , ;> -! 3 1 * 3 * ) -! * 4 * 3 C -D V) -! * + : -! * P=3* -QC 4 * 3 D 3 + 1 3 ! ) A -! P=3* -Q ) 4 4 * 4 * 3 : 3 3 * * 3 : * * ! 4 P 3 * Q 1 /)/) * 4 * P -Q 1 N 4 * 4 * 3 3 * ) * P -Q -! : 4 * 3 : 1 4 * 4 T 8 7 C8 * 3 D) -! H * * : 3 * 3 4 4J * 1 * 3 * H * * * 3 3 3 * ) , * * 1 3 4 4 * 3 )F(G A /)9 B * * , ;> -! A /)/ 1 * , ;> -!
  • 30. (M , -! 3 * * * -!) , * , -!) 1 :-!) -! 0 1 4 * -!X , * , -! - 3 * * 3 * 1 + * 1 0 * * * 0 * 8 8 * * 3 * ) , * > * 3 * * * 3 * ) , > * 3 * 3 * ) 2 3 * * B3 * V) !3 * * B3 * V) 2 -! : 3 * *)-!) Y 3 3 Z * * 3 ) , * 0 * 4 T * *V7* 4 ) A /)# * *)-! A /)$ 1 * , * , A /)@ * P 3 -!Q
  • 31. (" * * 3 + * -!7 4 -!7 * ) Y -!7 1 * 3 ; ! 3 * 3 * 3 C ! D : 3 * C D) 3 + * * + * * 4 * * 3 3 )-!) A /)"M : * 3 +
  • 32. (& 6. Otras Herramientas de programación gráfica 1. Diferencias entre LabVIEW i LabWindows/CVI. , * 1 3 * 0 * * * 3 + ) * , -!. 3 3 + 8 C 01 D 0 : 3 * 3 + * C22 D) , . * 6 % -! * H * 3 B * 3 * 1 * 0 * P Q:? ) * * : 0 3 * ) , * + * * 3 * * 3 4 1 + * 3 1 * %3 * 1 + * * * 3 + ) 2. Lookout. 16 * + * * :* 4 * 3 * * ) : ) 1 + 3 * * 1 : 3 3 ) 1 4 ) B3 * !%2) A 3 ) + ) + * , >= A * ' E!A * * 4 ))) ! : * 4 ,,) 3 * * * + 3 * +* ) > 3 * • ) • ) • 2 * * ) • L + ) • ) • > * ) • ',) • * *) • ) • + ) • + )
  • 33. (( * 16 3 3 * : 3 4 . * 6 ;> #/ ()E ) 3 4 * 1 01 L !C! 1 L D 3 3 * C 3 4 : * * D 3 * 0 3 4 + : * 3 * :3 ) , 3 , < 3 * * !* ' 3 + 1 J * 3 3 3 3 0 + ))) 3. BridgeVIEW. 3 16 * * 0 H 3 * * 8 . * * * 3 + 3 3 3 1 L ! * 1 0 0 : 1 ) > J 3 4* * 2 ? ', > %! 4 E) : ? * -! . 2 16 1 * * 3 3 4 . * 6 ;>%#/I 1 * * 3 * (& < + 3 : *) 3 H 3 * 3 * 0 ? * : 4 ; 8 A 2 : ) 4. Softwarwe Toolkits for Process Monitoring and Control. , -!. :, . * 6 % -! H * * * < * 3 1 3 3 * 3 4 + C + * 3 D : * 3 ) 21 * P < ! Q) , -!. > < ) , . * % -! ',> < ) 5. Control Toolkit. < H * 1 * * , -!. ? * -!. : , . * 6 % -!) 3 3 * 10 03 * * :3 * ) ! ! ) * ! ) B A* < ! ) ! 6 B 1 * <) , * 3 ) 3 3 )
  • 34. (5 ! * . *) 3) 3 * ) A *1 6 * ) ' * B 3 ) 24 * C % B D ) % ) * 3 3 * * 3 3 4 * + * 3 ) 6. Overview ! > < H * 1 * * 16 * + 3 * * ) * ! > < 1 0 :1 + * , -!. ? * -!. , . * 6 % -!I 3 * 3 3 * + ) 7. Fuzzy Logic Control Designer. , + A :3 * * 3 * * 3 3 ) * * * ;! ' ! > < : C 3 D) + * 3 3 3 , -!. %? * -!. )
  • 35. (/ 7. Bibliografía F"G , % 7 & "/78 - , -! . ) + 8 01 3 * + ) *) 1) F&G -, 9$ 0 - :*"& - ! > : * > ) &[ * + ) "##5 F(G ; " &$ ! < 1 ; ! "##$ F, + 1 A G F5G 3 * > * * ),) "### ) F/G ! )" % * 1 ) 8 6 L &[ * + ) "##&) 2 1 Z ! * ; ! 3 %%666) )