Control de temperatura pid

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ResumenLa temperatura es uno de los parámetros más exigentes que hay que controlar en las industrias actuales. Es importante que este control de temperatura sea preciso y rápido. Como los controladores convencionales no están sintonizados de forma óptima, el controlador utilizado para controlar la temperatura del horno eléctrico no muestra un mejor rendimiento. Su tiempo de subida y de asentamiento es demasiado grande y tiene una cantidad considerable de sobreimpulso. Este trabajo presenta un controlador PID basado en un Algoritmo Genético para superar la baja precisión, el largo tiempo de subida y el tiempo de asentamiento del controlador. En este algoritmo, se toma la Integral del Error Absoluto como función objeto para minimizar el error. Utilizando esta función, el algoritmo genera el valor óptimo de los parámetros de ganancia (Kp, Ki, Kd) para el controlador PID. Muestra un mejor control que los controladores convencionales. Como el rebasamiento, el tiempo de asentamiento y el tiempo de subida se mejoran sustancialmente, proporciona un control preciso y rápido de la temperatura. Este control preciso e instantáneo de la temperatura tiene un gran impacto en las industrias de la alimentación y la medicina. Al poder controlar la temperatura de forma precisa e instantánea, se puede evitar el cambio/degradación de las propiedades físicas de los materiales que se están procesando.

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El controlador PID mira la consigna y la compara con el valor real de la Variable de Proceso (PV). En nuestra casa, la caja de electrónica que es el controlador PID de nuestro sistema de calefacción y refrigeración mira el valor de la sonda de temperatura de la habitación y ve lo cerca que está de los 22°C.
Sin embargo, si hay una disparidad entre el SP y el PV tenemos un error y es necesario realizar una acción correctiva. En nuestra casa esto será enfriar o calentar dependiendo de si el PV es mayor o menor que el SP respectivamente.
El sensor capta la temperatura más baja, la devuelve al controlador, éste ve que el «error de temperatura» no es tan grande porque el PV (temperatura) ha bajado y el aire acondicionado se reduce un poco.
Por desgracia, en el mundo real necesitamos un controlador un poco más complicado que el descrito anteriormente, si queremos obtener el máximo rendimiento de nuestros bucles. Para entender por qué, haremos algunos «experimentos mentales» en los que nosotros somos el controlador.

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Así que ahora que sabemos cómo leer la temperatura real, vamos a montar el siguiente esquema y controlar la potencia aplicada a la resistencia con un MOSFET. Vuelvo a montar el circuito en una protoboard y subo el siguiente código. Este segundo código tiene el algoritmo PID ya creado. Leemos la temperatura, calculamos el error, sumamos los valores del PID y creamos una señal PWM en el pin digital D3 que se aplicará al MOSFET. Pongo la temperatura deseada en 100 grados y uso la pantalla LCD para imprimir el valor establecido y la temperatura real.
Ok así que el código de abajo es un poco grande. Pero no te preocupes. Es muy fácil. Establecemos un punto de ajuste variable a 100 grados para este ejemplo. Luego leemos el valor de la temperatura real del termopar como en el ejemplo anterior. Luego usamos 3 constantes y calculamos la suma del PID. Dependiendo de ese valor creamos una señal PWM en el pin D3 y la aplicamos a la puerta del MOSFET usando un driver BJT.
Como puedes ver la temperatura se mantiene en ese valor. Pero eso es después de probar un montón de constantes PID y esa es la parte complicada de este proyecto. Así que, lo que tendrás que hacer es probar tus propios valores hasta que consigas los correctos. Te aconsejo que comiences con los valores I y D iguales a 0 y luego incrementes esos valores lentamente hasta que obtengas buenos resultados.

Ejemplo de control de temperatura pid

A : Un controlador de temperatura es un dispositivo que se utiliza para controlar la temperatura. Para ello, primero mide la temperatura (variable del proceso) y luego la compara con el valor deseado (valor de consigna). La diferencia entre estos valores se conoce como error (desviación). Los controladores de temperatura utilizan este error para decidir cuánto calentamiento o enfriamiento se necesita para devolver la temperatura del proceso al valor deseado. Una vez completado este cálculo, el controlador producirá una señal de salida que efectúa el cambio requerido. Esta señal de salida se conoce como (valor manipulado) y normalmente se conecta a un calentador, una válvula de control, un ventilador o algún otro «elemento de control final» que realmente inyecta o elimina calor del proceso.
La función del controlador de temperatura es medir la temperatura en el termopar, compararla con el punto de ajuste y calcular la cantidad de tiempo que el calentador debe permanecer encendido para mantener una temperatura constante.
Hay muchos factores que modifican la cantidad de tiempo que el calentador debe estar encendido para mantener la temperatura del proceso. Por ejemplo, el tamaño del calentador, el tamaño del horno, la cantidad de aislamiento que rodea el horno y la temperatura ambiente modificarán la velocidad de calentamiento o enfriamiento del horno. Otros factores como la circulación del aire dentro del horno, la humedad del aire. La masa de producto que se coloca dentro del horno y muchos más que se describen con detalle en http://newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Feedback/OvSimForm-gen.html

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