Diseño de un control avanzado para regular la velocidad de una turbina tipo Terry
La generación de energía eléctrica es de mucha importancia para el desarrollo del país, la industria eléctrica constituye una infraestructura obligada para el desarrollo industrial en general y para el desarrollo social. Las centrales termoeléctricas por su número y capacidad son muy importantes en...
- Autores:
-
Aza Sarabia, Daniel Clemente
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2016
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- Acceso en línea:
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La generación de energía eléctrica es de mucha importancia para el desarrollo del país, la industria eléctrica constituye una infraestructura obligada para el desarrollo industrial en general y para el desarrollo social. Las centrales termoeléctricas por su número y capacidad son muy importantes en el sistema eléctrico del país, todo el equipo de una central termoeléctrica es importante, pero de acuerdo a su participación directa en la obtención del objetivo, así como por su tamaño y costo se clasifica a los siguientes equipos como principales: generador de vapor, turbina de vapor y un generador eléctrico. El laboratorio de planta piloto cuenta con una turbina de vapor tipo Terry la cual requiere un controlador para regular la velocidad. El objetivo es diseñar tres tipos de controladores diferentes: control predictivo, control óptimo y lógica difusa, de los cuales se analizara el comportamiento de la turbina conectada al generador DC con excitación independiente ante variaciones de la señal de referencia y señales de perturbación. El proyecto hace parte de la propuesta de investigación Diseño de controladores avanzados para los procesos térmicos ubicados en el laboratorio de planta piloto” aprobada en la octava convocatoria interna de proyectos de investigación UNAB |
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Las centrales termoeléctricas por su número y capacidad son muy importantes en el sistema eléctrico del país, todo el equipo de una central termoeléctrica es importante, pero de acuerdo a su participación directa en la obtención del objetivo, así como por su tamaño y costo se clasifica a los siguientes equipos como principales: generador de vapor, turbina de vapor y un generador eléctrico. El laboratorio de planta piloto cuenta con una turbina de vapor tipo Terry la cual requiere un controlador para regular la velocidad. El objetivo es diseñar tres tipos de controladores diferentes: control predictivo, control óptimo y lógica difusa, de los cuales se analizara el comportamiento de la turbina conectada al generador DC con excitación independiente ante variaciones de la señal de referencia y señales de perturbación. El proyecto hace parte de la propuesta de investigación Diseño de controladores avanzados para los procesos térmicos ubicados en el laboratorio de planta piloto” aprobada en la octava convocatoria interna de proyectos de investigación UNAB1 INTRODUCCION ............................................................................................................................8 2 OBJETIVOS ....................................................................................................................................9 2.1 OBJETIVO GENERAL ..............................................................................................................9 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.......................................................................................................9 3 TURBINA DE VAPOR TIPO TERRY............................................................................................... 10 3.1 MODELO DINÁMICO DE LA TURBINA................................................................................ 11 3.2 GENERADOR DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE ................................................................ 14 3.3 INSTRUMENTACIÓN .......................................................................................................... 17 3.4 PROGRAMACIÓN CUADRATICA SECUENCIAL ................................................................... 20 3.4.1 Función fmincon........................................................................................................ 21 3.4.1.1 Evaluación de los parámetros del modelo matemático ....................................... 22 4 DISEÑO SISTEMATICO DE CONTROL PARA LA TURBINA DE VAPOR ......................................... 28 4.1 CONTROL PID .................................................................................................................... 28 4.1.1 Diseño del controlador PID ....................................................................................... 29 4.2 LÓGICA DIFUSA SUGENO .................................................................................................. 33 4.2.1 Diseño del controlador difuso ................................................................................... 36 4.3 CONTROL LINEAL CUADRÁTICO GAUSSIANO (LQG) ......................................................... 39 4.3.1 Diseño del controlador LQG ...................................................................................... 41 4.4 MODELO DE CONTROL PREDICTIVO DISCRETO (DMPC) ................................................... 46 4.4.1 Modelo de predicción de un controlador DMPC ...................................................... 47 4.4.1.1 Redes de Laguerre ................................................................................................. 49 4.4.2 Función objetivo del controlador DMPC ................................................................... 51 4.4.3 Obtención de la ley de control .................................................................................. 52 4.4.3.1 DMPC con restricciones en la diferencia de la variable de control ...................... 53 4.4.3.2 DMPC con restricción en la variable de control .................................................... 53 4.4.3.3 DMPC con restricción en la variable de salida ...................................................... 54 4.4.4 Diseño del controlador DMPC ................................................................................... 56 5 CONTROL AVANZADO DE LA TURBINA DE VAPOR .................................................................... 64 5.1 INTERFAZ HMI ................................................................................................................... 65 5.2 VALIDACION DE LAS ESTRATEGIAS DE CONTROL.............................................................. 68 5.2.1 Controlador PID ......................................................................................................... 68 5.2.2 Controlador Fuzzy ..................................................................................................... 72 5.2.3 Controlador LQG ....................................................................................................... 75 5.2.4 Controlador DMPC .................................................................................................... 78 5.3 INDICES DE ERROR ............................................................................................................ 81 6 CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES .......................................................................................... 83 7 BIBLIOGRAFÍAS .......................................................................................................................... 85 ANEXO 2. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL FUZZY ..................................... 87 ANEXO 3. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL LQG ........................................ 91 ANEXO 4. IMPLEMENTACION EN DELTA V DEL CONTROL DMPC ..................................... 93PregradoThe generation of electrical energy is of great importance for the development of the country, the electrical industry constitutes an essential infrastructure for industrial development in general and for social development. Thermoelectric plants due to their number and capacity are very important in the country's electrical system, all the equipment of a thermoelectric plant is important, but according to its direct participation in obtaining the objective, as well as its size and cost, it is classified to the following equipment as main: steam generator, steam turbine and an electric generator. The pilot plant laboratory has a Terry type steam turbine which requires a controller to regulate the speed. The objective is to design three different types of controllers: predictive control, optimal control and fuzzy logic, of which the behavior of the turbine connected to the DC generator with independent excitation will be analyzed before variations of the reference signal and disturbance signals. The project is part of the research proposal Design of advanced controllers for thermal processes located in the pilot plant laboratory ”approved in the eighth internal call for research projects UNABModalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño de un control avanzado para regular la velocidad de una turbina tipo TerryDesign of an advanced control to regulate the speed of a Terry type turbineIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronics engineeringTerry type turbineElectrical industryElectric systemElectric powerThermoelectric plantsEnergyElectrical industryThermoelectricElectric systemSteam turbineEnergía eléctricaCentrales termoeléctricasEnergíaIndustria eléctricaTermoeléctricasSistema eléctricoTurbina de vaporIngeniería mecatrónicaTurbina tipo TerryIndustria eléctricaSistema eléctricoCruz, Pedro Ponce. 2010.Inteligencia artificial . s.l. : Alfaomega, 2010.Diseño de controladores LQR/LQG para su aplicación en sistemas de pilas de combustible tipo PEM. Ali Niknezhadi, Cristian Kunusch, Carlos Ocampo-Martínez. 2010. Barcelona, España : s.n., 2010.Gómez, Raúl Sánchez.Trabajo optativo - Logica difusa. Madrid : s.n.Leonardo J. Marín, Víctor M. Alfaro. 2007.Sintonización de controladores por ubicación de polos y ceros. San Jose, Costa Rica : IEEE CONESCAPAN XXVI, 2007.Mathematical modelling and simulation of the behaviour of the steam turbine. Mircea Dulau, Dorin Bica. 2014. s.l. : Elsevier, 2014.Ogata, Katsuhiko.Modern Control Engineering. s.l. : Pearson. Fifh edition, pag 722.Ogata, Katsuhiko.Sistemas de control en tiempo discreto. s.l. : Prentice Hall. Segunda edición, pag 114.OsorioHernandez, Juan Elam Osorio. 2014.automatización del proceso de generación de vapor en la planta piloto de la universidad autonoma de bucaramanga a través de un sistema de control distribuido delta v. Bucaramanga : s.n., 2014.Sequera, Víctor Antonio Lapadula. 2014.Estudio comparativo sobre la aplicación de los algoritmos PSO y SQP en la optimización de pórticos planos de concreto armado . Bogotá : s.n., 2014.Solórzano, Ricardo Maroto. 2007.Ecuaciones para la sintonización de controladores PID con acción derivativa aplicada a la señal realimentada. Ciudad Universitaria Rodrigo Facio : s.n., 2007Vergara, Guadalupe María Vizcaíno. 2006.Automatización del proceso de diseño de un circuito electrónico con la herramienta MATLAB y el simulador de circuitos SPECTRE. Sevilla : s.n., 2006.Wang, Liuping. 2009.Model Predictive Control System Design and Implementation Using MATLAB. Melbourne, Australia : Springer, 2009.ORIGINAL2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdf2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdfTesisapplication/pdf2132887https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/7205/4/2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdfcae97e64db5feb903856003fcfb3b22bMD54open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/7205/5/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD55open accessTHUMBNAIL2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdf.jpg2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5541https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/7205/6/2016_Tesis_Daniel_Clemente_Aza_Sarabia.pdf.jpgbd0a1bed82595efffa6165cf0ff92500MD56open access20.500.12749/7205oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/72052024-01-19 16:43:37.616open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.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 |