Este documento presenta las instrucciones para realizar un proyecto de control de temperatura utilizando un sistema de incubación de huevos. Describe los procedimientos para construir la planta, recolectar datos, modelar el sistema, diseñar un controlador proporcional, simular el sistema de control en lazo cerrado y analizar los resultados. El objetivo es diseñar e implementar un controlador proporcional para mantener la temperatura dentro del rango requerido para la incubación de huevos, con un error estático menor al 5% y un tiempo de estabilización máximo de 10 seg

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Proyecto - Sistemas de Control
Ing. Luis Orozco MSc. (DEEE-ESPE)
GUÍA 2
1 FORMA DE REALIZAR EL PROYECTO Y ENTREGAR EL INFORME:
 Fecha y forma de REALIZAR la práctica:
o El laboratorio debe ser realizado en forma grupal (3 integrantes por grupo).
o Los alumnos del NRC: XXXX, realizarán el laboratorio el día XXXXX de 2013 en el laboratorio de
Circuitos Eléctricos (laboratorios del DEEE)
 Fecha y forma de ENTREGAR EL INFORME de la práctica:
o Se debe entregar un informe grupal impreso que deberá ser presentado 8 días después de
realizada la práctica, en el horario normal de clase (XXXX de 2014). El Informe impreso
debe contener:
 Carátula
 Objetivos
 Procedimientos realizados (Metodologías aplicadas para el Modelado y la identificación)
 Resultados obtenidos con el sistema Implementado (gráficas, tablas de entradas-salidas)
 Análisis de resultados (obtención de errores entre parámetros teóricos y los obtenidos de la
planta real)
 Conclusiones y recomendaciones
 Bibliografía empleada
 Anexos (Opcional)
Nota: las hojas del informe deben estar numeradas y puede ser impresas a doble lado.
o Se deberá subir una copia del informe en formato digital a la plataforma virtual hasta la
misma fecha y hora señaladas para la presentación del informe impreso; cumpliendo lo siguiente:
 Enviar solo un archivo comprimido que contenga el archivo de Word ó Pdf del Informe
técnico de la práctica (igual al impreso) y los archivos de Matlab realizados: *.mdl y *.sid
 El nombre del archivo debe ser: NRC+apellidos paternos de los integrantes
separados con espacios, sin tildes ó guiones. Ej: 4278 Sanchez Guaman Larco.
2 TEMA: SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA
3 OBJETIVOS:
General: Diseñar, simular e implementar un controlador proporcional para nuestro sistema LTI causal modelado
anteriormente.
4 MATERIALES E INSTRUMENTAL NECESARIOS
o Caja de madera o cualquier otro material
o Foco incandescente DC
o Sensor de temperatura
o Cables para conexión de elementos en el protoboard
o Protoboard
o Equipos e Instrumentos:
o Generador de señales
o Multímetro

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5 PROCEDIMIENTOS PARA LA OBTENCIÓN DE RESULTADOS
5.1 Construir la planta
La planta que debe construirse, consiste en una caja de cualquier material que retenga el calor, con paredes gruesas
(1 o 2 cm). Se recomienda el uso de madera o varias capas de cartón por ser más fácil de trabajar. Sus dimensiones
deben ser aproximadamente de 20cm*20cm*20cm. El tamaño, de la misma dependerá de cuantos huevos vayamos
a incubar. Normalmente la cara superior de la caja sirve de tapa y es desmontable. Implementar una abertura en la
caja, que servirá para simular una perturbación, la cual implementaremos en el tercer parcial, la misma abertura
debe tener una bisagra que nos permita mantenerla cerrada por el momento. Implementar una abertura superior
para el lámpara (foco) que va a proporcionar calor a los huevos.
Parámetros a tomar en cuenta para la elaboración de nuestra planta:
 Temperatura
Saber el rango de temperatura en el cual nuestro huevo alcanzará la eclosión (Según el tipo de huevo que usted
escoja). Por ejemplo para gallinas el rango de temperatura es de 27 a 39 0
C.
 Humedad
Tener algo de humedad es importante, porque la pérdida de agua en el huevo retarda la salida del pollito, incluso puede
causarle la muerte.
 Ventilación
La lograremos haciendo unos orificios en la caja, de esta forma el aire circulará creando la ventilación necesaria.
No obstante es interesante instalar un pequeño ventilador que remueva el aire constantemente.
 Volteo
Los huevos se han de voltear dos o tres veces al día.
 Concentración de calor
Implementar una especie de nido alrededor del huevo utilizando paja, tela de color oscuro, etc.; para que el
calor se concentre.

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5.2 VARIABLES DEL SISTEMA
La variable que se pretende controlar en los próximos parciales, es la temperatura de los huevos y la variable
manipulada será un voltaje DC o una corriente DC, que se utilizará para regular dicha temperatura.
5.3 RECOLECCION DE DATOS
Conociendo que la planta se puede modelar como un sistema de primero o de segundo orden y de manera similar a
lo realizado en el laboratorio, se debe proceder a la recolección de datos, para poder modelar el sistema:
1. Colocar el sensor de temperatura cerca del lugar donde se encuentren los huevos, ya que es allí en donde
nos interesa tener calor.
2. Ingresar una señal escalón (por ejemplo de 12V). El valor del escalón depende de la etapa de potencia. A
continuación se debe medir la temperatura o voltaje de salida por medio del sensor o transductor, a
intervalos de tiempo de 10[s] o 5[s]; esto dependerá del tiempo que se demore en estabilizar su sistema. Así
por ejemplo se podría tardar hasta 5 min, seleccione un intervalo de tiempo prudente y con ese intervalo se
debe medir la temperatura.
3. Tabular los datos en vectores de Matlab.
Del laboratorio anterior ya tenemos el modelado de nuestro sistema, es decir la función de transferencia de primer
orden de cada incubadora, a finales del parcial incrementamos un actuador que nos permitía a partir de una
corriente pequeña regular el voltaje con el que se nos encendían las luces.
Como ejemplo más sencillo que se podía implementar como actuador tenemos un transistor Darlington.
Una vez implementado el mismo variando la corriente de la base tomar los valores de salida, con al menos 5
diferentes entradas distintas para sacar un promedio y tener una función de transferencia más representativa.
Una vez hecho lo anterior realizar los cálculos para ver que ganancia será necesaria para implementar el controlador
proporcional con las especificaciones de desempeño dinámico deseadas.

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5.4 DISEÑO DEL SISTEMA REALIAMENTADO CON CONTROLADOR PROPORCIONAL:
Diseñe un controlador proporcional serie (de valor K) para el sistema de control de temperatura, tal como se
muestra en la Ilustración 1, con el propósito de:
a) Error estático del 5%
b) Tiempo de estabilidad máximo de 10[s].
Teniendo en cuenta el diagrama de bloques del sistema de control en lazo cerrado siguiente:
Ilustración 1: Diagrama de bloques del sistema de control en lazo cerrado
Procedemos a diseñar cada uno de sus elementos
SUMADOR
El sumador, o comparador, se puede construir con el amplificador operacional conectado como muestra la
Ilustración 2, en la cual se puede apreciar que el voltaje de salida es igual a la diferencia de los voltajes de entradas
(aplicados a los terminales 5 y 4), que en nuestro caso serán la referencia, r, y la salida del potenciómetro y.
Ilustración 2: Sumador utilizando la terminal no inversora
(
( )
( )
) ( )
Siguiendo el diagrama de bloques sabemos que este sumador nos da un
Error= Y (salida)- R (referencia).
Por lo que conectaríamos el Va a la entrada y el Vb a la salida.
CONTROLADOR
Va
Vb
Vout

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Ahora para poner el control proporcional debemos dar una ganancia k que multiplique este error antes de la planta.
Para lo cual utilizamos un amplificador inversor.
Utilizamos un AMPLICADOR INVERSOR que tiene la siguiente configuración:
Ilustración 3: Inversor
En este caso sabemos que:
( )
La ganancia del sistema está dado por:
Se puede apreciar que el voltaje de salida, Vo, es igual al voltaje de entrada, Vi, amplificado veces, pero con
polaridad inversa. Para corregir la polaridad se debe emplear otro amplificador inversor, en cascada, con ganancia
igual a 1, es decir, con R2 = R1, como muestra la Ilustración 3.
Ilustración 4: Inversor para compensar la ganancia negativa.
 Después de diseñar el controlador proporcional, calcule las especificaciones de desempeño dadas por la
salida del sistema realimentado con control proporcional, ante entrada escalón: Valor de estado estable,
Error estático, tiempo de subida, tiempo pico, tiempo de establecimiento 2% de error, Sobreelongación.
Tabule dichos valores en una tabla resumen.
 Adjunte una gráfica de las especificaciones calculadas.
5.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS
 Obtenga errores porcentuales comparando las especificaciones de desempeño calculadas (teóricas) del
sistema realimentado con control proporcional de la figura 2, con los valores obtenidos para las
especificaciones de desempeño del sistema simulado e implementado.
5.6 CONCLUSIONES

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 Concluya sobre los resultados obtenidos, el análisis de resultados (errores en especificaciones, etc.) y sus
experiencias.