Diseño, modelado y programación de un simulador para el control de procesos con fines docentes

Abstract

En el presente proyecto se desarrolla un laboratorio virtual (software) para hacer prácticas de control de procesos, mediante la modelización de dos sistemas distintos, y el desarrollo de un simulador software que implementará tanto la dinámica de los procesos, como los controladores implementados digitalmente a un periodo elegido por el usuario. Para la programación de los simuladores se utilizará el entorno de desarrollo Java, Easy Java Simulations. El primer proceso consiste en un puente grúa con una carga sujeta a un cable, cuya posición se ha de controlar a través de la tensión que se le aplica al carro. El segundo es un conjunto de dos depósitos unidos entre sí, en los que se ha de controlar el nivel del segundo depósito a partir de una bomba a la entrada del primero. El programa constará de ambas simulaciones en un mismo ejecutable, pudiendo el usuario elegir con cual va a trabajar, así como realizar una simulación del sistema en bucle abierto, con control todo o nada, con control PID simple y con control PID en cascada. La simulación en bucle abierto permitirá guardar los datos de la salida respecto a una acción de control manual sobre el elemento al que se va a implementar el controlador, ya sea tanto el carro, en el primer caso, como la bomba en el segundo caso, para que, posteriormente, mediante el software adecuado se puedan utilizar dichos datos para la identificación del sistema o para el diseño de un controlador PID. El programa implementa el algoritmo digital del controlador PID, lo que permitirá comprobar el funcionamiento en bucle cerrado del sistema con el controlador diseñado, verificando tanto su respuesta frente a cambios en la referencia, como su respuesta frente a una perturbación. Los datos de la simulación dependerán del DNI del usuario, puesto que se supone un uso lectivo para el programa. El programa incluirá también unas ventanas en las que será posible parametrizar tanto el control tipo relé, con y sin histéresis, como el control PID, la opción de incluir una perturbación que afecte a la acción de control, ruido de medida en los sensores y si se desea aplicar antiwindup en los controles con integrador.