Ingeniería Electrónica · 2025
Diseño e implementación de un sistema de control PID de ajuste automático basado en datos aplicado a un Motor DC de excitación independiente
En el diseño de los sistemas de control, una de las etapas más complejas es el modelamiento matemático, debido a la complejidad de los procesos industriales. Por lo tanto, en este trabajo se presenta un método para sintonizar de forma óptima y automática las ganancias de un controlador PID para sistemas con no linealidades suaves con base en datos de entrada y salida. El método utilizado es conocido como Data Driven PID (DD-PID) complementado con E-FRIT (Extended Fictitious Reference Iterative Tuning), este método, permite optimizar las ganancias de un controlador PID fuera de línea para diferentes puntos de operación, utilizando únicamente datos de la acción de control y la respuesta del sistema, de un controlador PID sintonizado con métodos clásicos. El método se usó para controlar la velocidad angular de un motor DC con excitación independiente en todo su rango de velocidades. Los resultados obtenidos muestran que el controlador DD-PID E-FRIT es un método de sintonización de controladores PID efectivo y preciso. Se logró controlar la velocidad angular de un motor DC con excitación independiente para diferentes puntos de operación con un desempeño óptimo, comparado con un controlador PID de velocidad clásico.
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Contenido
- Capítulo 1: Marco de referenciap. 17
- Marco teóricop. 17
- 1.1.1 Controlador PIDp. 17
- 1.1.2 Controlador I-PDp. 17
- 1.1.3 Sintonización Ziegler-Nicholsp. 17
- 1.1.4 Controladores basados en datosp. 18
- 1.1.5 Optimización de bases de datos con FRIT y E-FRITp. 18
- 1.1.6 Modelo de referenciap. 20
- Estado del artep. 20
- Capítulo 2: Descripción del sistema Motor DC con excitación independientep. 23
- Medición de la velocidadp. 24
- Sistema de actuaciónp. 24
- Unidad de procesamiento y controlp. 25
- Ley de controlp. 26
- Capítulo 3: Controlador PID basado en datos DD-PIDp. 27
- Generación de la base de datos inicialp. 27
- Cálculo de distancias y selección de datos vecinosp. 28
- Cálculo de ganancias de controlador PIDp. 28
- Alternativa a la sintonización múltiple en controladores DD-PIDp. 30
- FRITp. 14
- Derivación del algoritmo de actualización basado en E-FRITp. 32
- Algoritmo de optimización DD-PID-E-FRITp. 34
- 3.3.1 Actualización de base de datos fuera de línea con el método E-FRITp. 34
- Capítulo 5: Resultados experimentalesp. 37
- Escenario experimental de partidap. 37
- Prueba inicial con ganancias fijasp. 38
- Optimización de la base de datos utilizando E-FRITp. 39
- Interfaz de controla LabVIEW DD-PID-E-FRITp. 42
- Aplicación del método DD-PID-E-FRITp. 43
- Consideraciones finalesp. 46
- Capítulo 6: Conclusiones y recomendacionesp. 47
- Conclusionesp. 47
- Recomendacionesp. 47
- Figura 1-1. Diagrama de bloques controlador basado en datosp. 18
- Figura 1-2. Diagrama de bloques del método E-FRITp. 19
- Figura 2-1. Motor DCp. 23
- Figura 2-2. Medición de velocidad angularp. 24
- Figura 2-3. Caja de procesamiento y potenciap. 24
- Figura 2-4. Interfaz de control en LabVIEWp. 25
- a partir de [15]p. 29
- (FRIT). Tomado de [6]p. 30
- Figura 4-1. Diagrama de bloques de actualización fuera de línea usando E-FRITp. 35
- Figura 5-1. Respuesta inicial del sistema con controlador fijop. 38
- Figura 5-2. Acción de control incremental inicialp. 38
- Figura 5-3. Acción de control total acumulada inicialp. 39
- Figura 5-4. Ganancia Kp actualizada fuera de líneap. 40
- Figura 5-5. Ganancia Ki actualizada fuera de líneap. 41
- Figura 5-6. Ganancia Kp actualizada fuera de líneap. 41
- Figura 5-7. Trayectoria de la función de costo en la actualización fuera de líneap. 42
- Figura 5-8. Interfaz de control en LabVIEW DD-E-FRITp. 43
- (b) Salida con DD-E-FRITp. 44
- Figura 5-10. Acción de control acumulada utilizando DD-E-FRITp. 44
- Figura 5-11. Ganancia Kp aplicando DD-E-FRITp. 45
- Figura 5-12- Ganancia Ki aplicando DD-E-FRITp. 45
- Figura 5-13. Ganancia Kd aplicando DD-E-FRITp. 46
- Tabla 1. Parámetros de diseño del método E-FRITp. 39