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Automatización Matemáticas Mecánica

Metodología de la Identificación de sistemas físicos

El objetivo de este post es poder ilustrar a nuestros seguidores de cual es la metodología que debe seguir todo buen Ingenierio para poder realizar una correcta identificación de un sistema físico. Para ello y como estamos haciendo en los post anteriores tomaremos como refernecia http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf según la cual se deben realizar los siguientes pasos:

  1. Seleccionar una clase de modelos: Continuos o discretos, lineales o no.
  2. Obtener un conjunto de datos experimentales.
  3. Seleccionar, de acuerdo con algunas de las características de los datos experimentales y previo minucioso análisis de dichos datos, un modelo entre los de clase seleccionada.
  4. Tratamiento de los datos experimentales (filtrado en un rango defrecuencias, eliminación de datos espureos,…) y estimación de los parámetros del modelo. Las técnicas de estimación del modelo dependen de la clase de modelo a identificar y de los datos de los que se dispongan.
  5. Probar la validez del modelo.
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Automatización Matemáticas Mecánica

Indentificación versus Modelado

Siguiendo con la temática trabajado en los post anteriores vamos a seguir profundizando en el proceso de “Matematización” de los sistemas físicos que podemos encontrarnos en cualquier planta industrial. Como hemos ido analizando anteriormente y tomando como modelo de referencia las teorías de http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf vamos a profundizar en las diferencias que existen entre la indentificación y el modelado.

A groso modo podemos de decir que la identificación consiste en asigngar el valor de una serie de variables en función del comportamiento del sistema, mientras que el modelado consiste en la “Matematización” y representación mediante ecuaciones del los sistemas Físicos.

La fuente consultado nos indica los siguientes aspectos.

Ventaja del modelado:
Genera modelos aplicables en un extenso rango, debido a que llevan incorporados los mecanismos básicos que describen el comportamiento del sistema.
Inconveniente del modelado
El modelado suele ser una tarea larga que requiere un conocimiento preciso del sistema que se trata de modelar, además de experiencia en latarea de modelado.

Ventaja de la identificación
Los modelos obtenidos mediante las técnicas de identificación suelen estar
orientados a algoritmos de control y detección de fallos.–Suelen ser más sencillos de obtenerque los basados en técnicas de
modelado.
Inconveniente de la identificación
Su entorno de validezsuele estar restringidoa las condiciones en las que se tomaron los datos experimentales (esto es especialmente cierto para losmodelos lineales, no debería ser así para los modelos basados en redesneuronales).

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Automatización Matemáticas Mecánica

Metodología del modelado de sistemas físicos.

Para seguir en lo expuesto en el anterior post. Tomando como referencia la misma fuente http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf profundizaremos en los pasos o aspectos que se deben tener en cuenta para el modelado de un sistema físico. Recordemos que ahora estamos en una parte más concreta de algo más genérico que consiste en poder tener la representación matemática de un sistema físico.


Conceptualización

-Conocer de forma general el proceso que se quiere modelar
–Definir de los objetivos del modelo–Realizar un modelo conceptual basado en hipótesis sobre el sistema bajo estudio que debe ser tan simple como sea posible.
–Conocer las leyes que rigen los fenómenos del sistema y su causalidad física (leyes de conservación de la masa, energía y momento
–Dividir el sistema en subsistemas interconectados.

Formalización
–Formular el modelo en forma de ecuaciones diferenciales y/o algebraicas y una serie de condiciones lógicas

Parametrización
–Determinación de los parámetros del modelo y condiciones iniciales.

Resolución del modelo en un ordenador


Validar el modelo

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Automatización Matemáticas Mecánica

Obtención de modelos matemáticos de sistemas físicos

En el siguiente post vamos a profundizar en los pasos que se deben seguir para realizar el modelado de cualquier sistema físico (bobinas, condensadores,el motor de un coche…..) para ello vamos a tomar como fuente de inspiración la siguiente Web http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf según la cual.

Como primer paso se debe realizar el Modelado.

Se caracterizan por generar conjuntos de ecuaciones diferenciales y algebraicas, normalmente no lineales, que se obtienen a partir de un estudio analíticodel sistema basado en:

•Una serie de hipótesis sobre dicho sistema.
•El uso de leyes de comportamiento físico-químicas (leyes de conservación, equilibrio entre fases, dependencias entre variables,…), o bien expresiones obtenidas a partir de datos experimentales.

Como segundo paso se debe realizar la Identificación

Se caracterizan por considerar el sistema como una caja negra, sin hacer ninguna hipótesis ni tener en cuenta los mecanismos internos de funcionamiento del sistema, y se basan en medidas experimentales para deducir las relaciones entrada salida.

Para finalizar se debe trabajar en las diferencias entre Identificación y Modelado.

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Automatización

Pasos para realizar la programación de un autómata

En el siguiente post vamos a indicar los pasos que se deben seguir para realizar la programación de un autómata en lenguaje Grafcet para ello tomaremos como modelo de referencia la siguiente Web http://formacion.plcmadrid.es/descargas/docs/presentaciongrafcet.pdf

  • Definir el sistema de control ( que debe hacer, en que orden, etc.):diagrama de flujo, la descripción literal o un grafo GRAFCET.
  • Identificar las señales de entrada y salida del autómata.
  • Representar el sistema de control mediante un modelo, indicandotodas las funciones que intervienen, las relaciones entre ellas, y lasecuencia que deben seguir. Algebraica (instrucciones literales) ográfica (símbolos gráficos).
  • Asignar las direcciones de entrada/salida o internas del autómata a las correspondientes del modelo.
  • Codificar la representación del modelo. Lenguaje de programación.
  • Cargar el programa en la memoria del autómata desde la unidad de programación.
  • Depurar el programa y obtener una copia de seguridad.
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Automatización Teoría de Control

Como diseñar un PID con LabView

En el siguiente video extraído de youtube vamos a diseñar un PID con LabView a partir de una targeta de adquisición de datos conectada por USB.

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Automatización

Diseño de aplicaciones Scada con Labview

En el siguiente post vamos a definir algunas de las características de los sistemas SCADA y como podría interactuar con Labview para ello vamos a tomar como referencia http://personal.redestb.es/efigueras/index.htm que es el proyecto final de carrera realizado por Enric Figueras Solé.

Según este autor un sistema SCADA: Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables,  etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la  empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.

Por el contrario los módulos que va a ofrecer un sistema SCADA van a ser los siguientes:

  • Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.
  • Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.
  • Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables leídas.
  • Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.
  • Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión.

Dentro de este sistema que va a permitir Labview para ello Enric indica:

LabVIEW es una herramienta diseñada especialmente para monitorizar, controlar, automatizar y realizar cálculos complejos de señales analógicas y digitales capturadas a través de tarjetas de adquisición de datos, puertos serie y GPIBs (Buses de Intercambio de Propósito General).

Es un lenguaje de programación de propósito general, como es  el Lenguaje C o Basic, pero con la característica que es totalmente gráfico, facilitando de esta manera el entendimiento y manejo de dicho lenguaje para el diseñador y programador de aplicaciones tipo SCADA.

Incluye librerías para la adquisición, análisis, presentación y almacenamiento de datos, GPIB y puertos serie.  Además de otras prestaciones, como la  conectividad con otros programas, por ejemplo de cálculo, y en especial MatLAB.

Está basado en la programación modular, lo que permite crear tareas muy complicadas a partir de módulos o sub-módulos mucho más sencillos. Además estos módulos pueden ser usados en otras tareas, con lo cual permite una programación más rápida y provechosa.

También ofrece la ventaja de “debugging” en cualquier punto de la aplicación. Permite la posibilidad de poner “break points”, ejecución paso a paso, ejecución hasta un punto determinado y se puede observar como los datos van tomando valores a medida que se va ejecutando la aplicación. Además también lleva incorporado generadores de señales para poder hacer un simulador.

Para acabar añadimos el siguiente video sobre un tutorial SCADA.
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