Bibliography
BIBLIOGRAPHY
Los resultados de este experimento exponen de sobremanera las ventajas que ofrece la HMI, los alumnos fueron capaces de implementar el proyecto en el tiempo asignado a una clase sin carga académica para desarrollo experimental. Las implementaciones se limitaron al trabajo hecho en Simulink™ (lo cual es un estándar durante la clase de teórica) sólo arrastrando bloques y conectándolos. Lo anterior permitió que se dedicara más tiempo a entender los conceptos transmitidos en clase a profundidad, fueron expuestos a detalles de modelación-implementación que
generalmente en simulación no son explorados, además todos se mostraron bastante satisfechos del conocimiento adquirido durante el curso, valorando el conocimiento teórico adquirido en el curso.
Capítulo 6
6. Conclusiones
Es muy común el uso de software de simulación en la enseñanza de la ingeniería de control con el objetivo de acercar la enseñanza teórica a la práctica. La simulación es preferida debido a las limitantes de tiempo (el tiempo disponible en un semestre para el diseño, construcción y validación de interfaces de software y hardware es insuficiente).
Además, cada día la teoría de control atrae usuarios con antecedentes teóricos diferentes, ya que ingenieros y científicos de otras áreas del conocimiento con conocimientos básicos en electrónica o ciencias computacionales han encontrado herramientas valiosas de modelación en los cursos de teoría de control.
Durante la experimentación de esta investigación se pudieron poner en práctica
aspectos fundamentales del modelo educativo del Tecnológico de Monterrey. Los
estudiantes involucrados participaron activamente construyendo conocimiento al momento de verse obligados a investigar, gestionar y capacitarse para llevar a cabo el proyecto, al mismo tiempo aprendieron a interactuar en equipos de trabajo donde a cada miembro se le asigno una responsabilidad y se tomaron decisiones colegiadas. Por otra parte se proveyó una herramienta que mejora las técnicas de aprendizaje y ayuda a los estudiantes a poner en práctica conocimientos teóricos de una forma rápida y eficaz.
La interfaz ayuda a los estudiantes a desarrollar y operar sistemas de control reales. Lo anterior facilita la enseñanza/aprendizaje de ingeniería de control a los estudiantes (especialmente aquellos con conocimientos básicos de electrónica y computación). Algunas de las características importantes de la interfaz son:
• Es fácil de usar.
• Las estrategias no convencionales pueden ser fácilmente implementadas,
lo anterior representa una gran oportunidad.
• La comunicación con Matlab™, Simulink™ y scripts de ANSI C, dan
Los aportes de esta investigación se pueden sintetizar a continuación:
• Se provee una interfaz entre un controlador industrial UDC 6300 de Honeywell™
y una computadora personal que puede ser utilizada en las estaciones de
monitoreo y control de nivel en un tanque construidas por el Tecnológico de
Monterrey, campus Monterrey.
• Se provee un método para obtener y transmitir datos desde y hacia Matlab™,
Simulink™ y sus “toolboxes” a tiempo real.
• Se provee una técnica para ejecutar código externo compilado en ANSI C dentro
de la HMI. Esto permite el desarrollo de controladores digitales basados en diferentes teorías.
• Se provee una herramienta computacional para facilitar la didáctica de la
ingeniería de control para alumnos con perfil académico muy básico en sistemas computacionales (lenguajes de programación, sistemas operativos, etc.), o bien cuando el interés de la enseñanza es en las estrategias de control y no en los detalles de la implementación.
• Se provee una herramienta computacional que ofrece rapidez para la
implementación de diversas estrategias.
• Se provee una herramienta computacional que permite usar Simulink™ para que
de una manera transparente se ejecute en forma de simulación y/o control real de un proceso.
• Se incorpora al modelo educativo del Tecnológico de Monterrey una nueva
herramienta de enseñanza-aprendizaje.
• Se provee una solución alternativa de bajo costo para la comunicación entre
Matlab™, Simulink™ y aplicaciones, para propósitos didácticos y de investigación, que no pretende reemplazar aplicaciones o estrategias industriales/comerciales.
• El tiempo de muestreo mínimo es alto, debido a limitaciones en el controlador UDC 6300.
• Es necesario ejecutar las aplicaciones desarrolladas usando un “solver”
discreto para Simulink™.
• El sistema de comunicación solo aplica para el controlador Honeywell UDC
6300.
Es necesario que instituciones académicas apoyen y promuevan la creación de tecnología para la enseñanza de las diversas ramas de la ingeniería, alumnos formados bajo esquemas de este tipo la mayoría de las veces encuentran a las ciencias gratificantes y estimulantes. Por otra parte pueden existir beneficios económicos altamente redituables por la creación de herramientas para la enseñanza, cabe recordar que mucho del software utilizado en la educación e investigación actual, fue en su inicio un auxiliar creado para la enseñanza.
6.1 Trabajos Futuro
Dentro del proceso de mejora continua, a la HMI podría agregársele una interfaz OPC, esto es, incorporar la interfaz de aplicación (Application Program Interface “API”) OPC, lo anterior ampliaría la gama de dispositivos a la cual la aplicación se podría conectar, además de que facilitaría y se harían más confiables las conexiones con dispositivos. Otro proyecto importante podría ser la remoción del UDC 6300 y realizar la adquisición/estimulación de sensores/actuadores directamente con tarjetas de adquisición de datos de National Instruments™, lo anterior eliminaría la limitante del tiempo de muestreo que impone el controlador UDC 6300 al momento de recibir datos por comunicaciones RS232.
En lo referente a las aplicaciones a desarrollar en la HMI; en la opinión del autor de esta investigación las aplicaciones pueden llegar a ser infinitas ya que muy diversos esquemas de control podrían ser implementados además de los usados en esta investigación.
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Apéndices
APÉNDICE A. IMPLEMENTACIÓN ...72 A.1Pseudo código para la configuración y manejo de un puerto RS232 ... 72 A.2Descripción del Bloque de Transmisión/Recepción desde Matlab... 73 APÉNDICE B. IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PID EN ANSI C. ...74 APÉNDICE C. DESCRIPCIÓN DE LA INTERFAZ...76 C.1 Pestaña de parámetros de comunicaciones... 76 C.2 Pestaña de datos y monitoreo... 77 C.3 Pestaña scripts compilados ... 78 C.4 Pestaña conexión con Matlab™... 79 APÉNDICE D. DISEÑO DEL CONTROLADOR DIFUSO ...80 D.1Desarrollo... 80
D.1.1 Dinámica del proceso... 80 D.1.2 Diseño del controlador... 80 D.1.2 Defusificación ... 83 D.1.3 Definición de rangos... 83 D.1.4 Normalización ... 83 D.1.5 Implementación del controlador en Simulink™... 83
APÉNDICE E. IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIAS DE CONTROL ...85 E.1 Resultados de identificación y sintonización... 85 E.2 Cálculo de la ganancia de antealimentación ... 86 APÉNDICE F. DIVERSAS SINTONÍAS DE PID...87 F.1 Modelo del proceso... 87 F.1 Sintonía por especificaciones de robustez ... 87 F.2 Regulador lineal cuadrático (LQR)... 89 F.3 Sintonización vía extremum seeking ... 90 APÉNDICE G. ESTRATEGIAS DE CONTROL AVANZADAS ...92
G.2 Internal Model Control... 92 G.3 Predictor de Smith... 92 APÉNDICE F. MANUAL DE INSTALACIÓN ...94 APÉNDICE H. MANUAL DE USO DE LA INTERFAZ ...96 H.1 Monitoreo de la estación de control de nivel ... 96 H.2 Ejecución de scripts compilados. ... 97 H.3 Conexión con Matlab™ y Simulink™... 97