ControlP: Aplicación Gratuita de Simulación y Análisis de Procesos - Parte 1

ControlP es un programa gratuito para aprender a simular y analizar procesos industriales y sistemas controlados. Permite efectuar prácticas interactivas de Regulación y Control PID.

Se obtiene la respuesta temporal y la respuesta frecuencial del proceso o sistema. Pueden simularse procesos en realimentación simple, en control en cascada y en control en adelanto (feedforward).

Para cada uno de estos procesos, el programa facilita el diagrama de bloques de un sistema preconfigurado y totalmente operativo. No se precisa efectuar ningún tipo de programación ni de diseño gráfico.

El programa es intuitivo y de manejo sencillo.

Características y Prestaciones

Respuesta temporal

El usuario configura la instrumentación y los componentes de un proceso o sistema controlado, sobre los diagramas de bloques preconfigurados que se facilitan, y el programa muestra la Respuesta temporal.

Respuesta frecuencial

También se obtiene la Respuesta frecuencial, tanto en lazo abierto como en lazo cerrado (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black, en modo individual o agrupados en una sola pantalla).

Configuración o diseño de un sistema

El usuario puede componer, configurar o modificar el sistema, de manera muy sencilla en dos simples pasos, mediante los cuadros de diálogo desplegables del diagrama de bloques:

  1. Asignar a cada bloque un tipo de componente
  2. Definir el valor de sus parámetros

Estudio de la Respuesta temporal

ControlP permite el estudio de la respuesta del sistema frente a perturbaciones, ya sean debidas a cambios en el punto de consigna (set point), cambios de carga en el proceso o cambios introducidos en los parámetros de los componentes del sistema.

Los cambios en las perturbaciones (punto de consigna y cambios de carga en el proceso) pueden generarse en escalón de cualquier magnitud o bien de acuerdo con un patrón de rampas programables definidas por tramos por el usuario.

En el ajuste o sintonización de los controladores, pueden ajustarse sus parámetros (ganancia G –BP–, tiempo integral Ti –rpm– y tiempo derivativo Td) y observar los efectos producidos en el comportamiento y en la estabilidad del sistema, con el fin de tratar de optimizar la Respuesta temporal (decaimiento de las oscilaciones y su periodo –frecuencia–, tiempo de establecimiento, rebasamientos –sobreimpulsos–, etc.). Para ello

, el análisis de la respuesta frecuencial suele ser de gran ayuda.

Estudio de la Respuesta frecuencial

Permite la búsqueda automática de las frecuencias crítica, de cruce de ganancia, y de pico de resonancia, facilitando así el cálculo de los márgenes de ganancia y de fase. Asimismo, permite hallar los valores del módulo, ganancia y ángulo de fase para una frecuencia cualquiera definida por el usuario. En todos los casos, el programa efectúa la correspondiente marca de situación de la frecuencia sobre el gráfico, con indicación de los valores numéricos (frecuencia, módulo, ganancia, ángulo de fase) que le corresponden.

Y viceversa, puede hallarse la frecuencia correspondiente a cualquier valor de módulo, ganancia o ángulo de fase, haciendo click sobre el punto de interés en cualquiera de los diagramas de respuesta frecuencial, mostrándose también la correspondiente marca y sus valores numéricos.

Entorno de trabajo

Pueden modificarse los parámetros del entorno de trabajo, tales como: la duración de la respuesta temporal (en tiempo simulado en el gráfico - la duración en tiempo real (de usuario) de la ejecución de las respuestas, incluso las frecuenciales, suele ser del orden de 1 segundo o menor); el punto de consigna; la amplitud, la forma, el punto de entrada y el momento de aparición de las perturbaciones; la frecuencia de muestreo (FM); los márgenes de las escalas de módulo, ganancia y ángulo de fase; el tipo de unidad y los límites de las escalas de frecuencia (inicial y final); la ejecución de la respuesta temporal con avance manual en modo paso a paso; el modo de la respuesta frecuencial en lazo abierto o en lazo cerrado; el tipo de diagramas; y otros.

La configuración actual o vigente de un sistema puede ser guardada para su posterior recuperación.

Pueden imprimirse los gráficos obtenidos en pantalla (en colores) junto con un listado de los datos de configuración del sistema (componentes y sus parámetros).

Componentes o elementos básicos

El programa también simula y permite el estudio de los componentes o elementos básicos que forman los bloques de un proceso o sistema controlado.

De cada componente se obtiene la respuesta temporal frente a señales de entrada en forma de impulso, escalón o rampa (de magnitud y duración ajustables), así como la respuesta frecuencial (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black).

Muestra del Diagrama de bloques que facilita el programa para configurar un lazo de control en cascada:

ControlP screenshot

Detalles de la asignación de bloques y de la asignación de los valores de sus parámetros sobre el Diagrama de bloques de un Control en cascada:

ControlP screenshot

ControlP screenshot

Los cuatro diagramas de Respuesta frecuencial agrupados en una sola pantalla. Diagramas Real ( qmódulo lineal – log ?), de Bode (ganancia dB – log ?), de Nyquist (polar) y de Black (ganancia dB – ángulo). Nótese una “marca” de frecuencia en los gráficos y los valores numéricos correspondientes:

ControlP screenshot

Cuadro de configuración para la programación de las rampas y cuadro de información de los componentes activos del sistema y de los valores de sus parámetros:

ControlP screenshot

ControlIP screenshot

Avance paso a paso de una Respuesta temporal de un lazo de control en adelanto. Véase el tiempo transcurrido (congelado a cada paso en un avance “paso a paso” manual) y los valores instantáneos de las variables en el subpanel numérico inferior. En cada “paso” (pulsando la tecla espacio), el tiempo avanza en una unidad de tiempo de discretización:

ControlP screenshot

Para ver más muestras de pantalla del programa entrar en www.alfredoroca.com/muestras/muestras.php y pulsar en las miniaturas.

El programa se puede descargar en forma gratuita en www.alfredoroca.com. El programa es portable, lo que permite su instalación en un pendrive USB o en un disco duro externo “portátil”.

También puede descargarse una “Guía de manejo del programa” en
www.alfredoroca.com/index.php#guia_prog

En la parte 2 de este artículo desarrollamos paso a paso un ejemplo de aplicación del programa.

Comentar