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Control Automático Educación

Control PID de llenado de un Tanque en LABVIEW

En esta entrada aprenderemos paso a paso como implementar y sintonizar un control PID en Labview desde cero como parte de ¡nuestro curso gratuito de LabVIEW del sitio web de Control Automático Educación!

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Introducción

En el mundo de la automatización y el control de procesos, el uso de controladores PID es esencial para mantener la estabilidad y eficiencia de los sistemas dinámicos. En este artículo, aprenderás a realizar un control PID utilizando LabVIEW, empleando el ejemplo del control de nivel de un tanque. Este tutorial está basado en el vídeo de YouTube que hemos preparado especialmente para ti. Vamos a explorar cómo configurar los parámetros del controlador PID y superar los desafíos que presentan los sistemas con retardo de tiempo.

¿Qué es un Controlador PID?

Un controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que se utiliza ampliamente en sistemas de control industrial. El PID ajusta continuamente una variable de control para minimizar la diferencia entre un set point y la variable de proceso medida.

Configuración Inicial en LabVIEW

Para empezar, asegúrate de tener instalado el Toolkit de Control and Simulation en LabVIEW, ya que contiene los bloques necesarios para implementar un controlador PID.

1. Modelado del Nivel de un Tanque

En el primer paso, utilizaremos una simulación del nivel de un tanque que hemos desarrollado en videos anteriores. Esta simulación incluye una ecuación diferencial que representa la dinámica del tanque y un retardo de tiempo, que es crucial para sistemas reales.

Programación del Control PID en LabVIEW

Puedes descargar el VI programado en el video a continuación y seguir las explicaciones para su configuración

Control PID en Labview

1. Configuración de Parámetros

Para configurar los parámetros del controlador PID, necesitas crear controles para las ganancias proporcional, integral y derivativa (Kp, Ti, Td). Estas ganancias se pueden ajustar durante la simulación para optimizar el rendimiento del sistema.

2. Implementación del Caso Manual/Automático

Añade un botón de control que permita alternar entre los modos manual y automático. En modo manual, podrás ajustar manualmente la apertura de la válvula de entrada. En modo automático, el controlador PID se encargará de ajustar la válvula para mantener el nivel deseado del tanque.

3. Adición de Variables Locales

Utiliza variables locales para conectar el set point y la variable de proceso al controlador PID. Asegúrate de que ambas variables estén en las mismas unidades (porcentaje) para evitar problemas de desajuste.

Sintonización del Controlador PID

1. Identificación del Modelo del Sistema

Para sintonizar el controlador PID, primero necesitas obtener un modelo matemático del sistema. Esto se hace aplicando un escalón de entrada y observando la respuesta del sistema. A partir de la respuesta transitoria, se pueden calcular la ganancia del sistema (K), la constante de tiempo (τ) y el retardo (L).

2. Método de Ziegler-Nichols

Utiliza el método de Ziegler-Nichols para calcular las ganancias del controlador PID a partir del modelo del sistema. Este método proporciona fórmulas específicas para determinar Kp, Ti y Td basadas en los parámetros del modelo.

Ejecución y Ajuste del Control PID

1. Simulación y Ajuste Fino

Una vez configurado el controlador PID, ejecuta la simulación en LabVIEW. Observa la respuesta del sistema y ajusta los parámetros del controlador según sea necesario para lograr una respuesta óptima.

2. Manejo de Retardos

Si tu sistema tiene un retardo significativo, es posible que necesites aplicar técnicas adicionales como el Predictor de Smith o el Control Predictivo Modelado (MPC) para mejorar el rendimiento del controlador PID.

Aplicación Práctica: Control de Nivel en un Tanque

1. Estabilización del Nivel

El objetivo es mantener el nivel del tanque en un valor deseado a pesar de las perturbaciones y el retardo de tiempo. Utilizando el controlador PID, podrás ajustar automáticamente la válvula de entrada para lograr este objetivo.

2. Ajuste de Set Points

Durante la simulación, prueba diferentes valores de set point para ver cómo responde el sistema. Observa cómo el controlador PID ajusta la apertura de la válvula para mantener el nivel del tanque cerca del set point.

Recursos Adicionales

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FAQs

¿Qué es un controlador PID y para qué se utiliza? Un controlador PID es un dispositivo de control por realimentación utilizado para mantener una variable de proceso cerca de un set point deseado ajustando una variable de control.

¿Cómo se sintoniza un controlador PID en LabVIEW? Se sintoniza ajustando las ganancias proporcional, integral y derivativa (Kp, Ti, Td) para optimizar la respuesta del sistema. Esto se puede hacer manualmente o utilizando métodos como Ziegler-Nichols.

¿Qué es el retardo de tiempo en un sistema de control? El retardo de tiempo es el tiempo que transcurre entre la aplicación de una entrada y la observación de su efecto en la salida. Es un factor importante que puede complicar el diseño del controlador.

¿Cómo afecta el retardo de tiempo al control PID? El retardo de tiempo puede hacer que el sistema responda más lentamente a los cambios, lo que puede desestabilizar el controlador si no se maneja adecuadamente.

¿Qué técnicas se pueden utilizar para manejar el retardo de tiempo en sistemas de control? Se pueden utilizar técnicas como el Predictor de Smith y el Control Predictivo Modelado (MPC) para manejar eficazmente el retardo de tiempo en sistemas de control.

¿Dónde puedo aprender más sobre LabVIEW y control de procesos? Puedes inscribirte en nuestro curso premium “LabVIEW desde Cero” en Udemy para obtener un conocimiento completo del entorno LabVIEW y sus aplicaciones en control de procesos.


Eso es todo por la entrada del dia de hoy, espero les haya gustado y hayan aprendido algo nuevo. Si te ha servido el contenido de esta entrada, de los videos y los códigos de implementación y deseas apoyar mi trabajo invitandome a un café super barato, puedes hacerlo en el siguiente link:

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Que esten muy bien, nos vemos en la siguiente entrada.