Universidad de Oriente

Núcleo de Monagas

Ingeniería de Sistemas

Cursos Especiales de Grado

Automatización y Control de Procesos Industriales

USO DEL SIMULINK EN CONTROLADORES

Seminario: Instrumentación y Control Industrial.

Equipo ERP

Mharla S. Alcalá C. C.I.: 20.915.751

Rafael A. Franceschi R. C.I.: 20.248.936

Tutor: Moisés Pérez

Maturín, Abril 2015

INDICE

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

MARCO TEÓRICO...................................................................................................4

MATLAB............................................................................................................................4

SUMILINK.........................................................................................................................4

DISCUSIÓN.............................................................................................................9

CONCLUSIÓN.......................................................................................................11

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................12

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INTRODUCCIÓN

La teoría de control pretende resolver la regulación de sistemas reales, y para ello es fundamental plantear modelos y diseñar controladores. Dichos modelos y controladores deben ser validados para comprobar su comportamiento antes de plantear una implementación real. Esta validación se realiza mediante simulaciones para diferentes condiciones, por lo que es necesario tener claro que significa simular en este campo. Simular sistemas es resolver las ecuaciones que modelan sistemas y controladores durante un período de tiempo y para unas condiciones determinadas. Utilizar una buena herramienta de simulación es importante para obtener resultados de forma fácil y rápida. El propósito de esta presentación es conocer el software Simulink, el cual es utilizado por un gran número de colectivos para realizar tareas de simulación de modelos y controladores avanzados.

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MARCO TEÓRICO

1. MATLAB

Para hablar de Simulink, es necesario primero definir Matlab, este es un programa de gran aceptación en ingeniería destinado realizar cálculos técnicos científicos y de propósito general. En él se integran operaciones de cálculo, visualización y programación, donde la interacción con el usuario emplea una notación matemática clásica.Los usos y aplicaciones típicos de Matlab son:

Matemáticas y cálculo. Desarrollo de algoritmos. Adquisición de datos. Modelado, simulación y prototipado. Análisis y procesado de datos. Gráficos científicos y de ingeniera. Desarrollo de aplicaciones.

La gestión de complementos de Matlab se realiza mediante lo que se denominan toolboxes (paquetes de herramientas). Un Toolbox de Matlab es un conjunto de funciones y algoritmos de cálculo especializados en un área de conocimiento: finanzas, tratamiento de señales, teoría de sistemas, etc.

2. SIMULINK

El programa de MathWorks para simulación (modelización y análisis) de sistemas dinámicos no lineales fue presentado en 1990, con el nombre de SIMULAB para computadoras personales y con el nombre de SIMULINK para estaciones de trabajo. Su aparición estuvo unida a la primera versión de MATLAB para Windows. Desde mayo de 1994, que está disponible la versión 1.3, SIMULINK tiene un tratamiento similar a los otros Toolboxes de MATLAB, en el sentido que se instala de forma separada, pero sigue siendo la mejor herramienta para aprovechar toda la potencia de MATLAB y de los otros "Toolboxes".

Simulink es una aplicación que permite construir y simular modelos de sistemas físicos y sistemas de control mediante diagramas de bloques. El comportamiento de dichos sistemas se define mediante funciones de transferencia, operaciones matemáticas, elementos de Matlab y señales predefinidas de todo tipo.

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Simulink tiene dos fases de uso: la definición del modelo y el análisis del modelo. La definición del modelo significa construir el modelo a partir de elementos básicos construidos previamente, tal como, integradores, bloques de ganancia, etc… el análisis del modelo significa realizar la simulación, linealización y determinar el punto de equilibrio de un modelo previamente definida.

En SIMULINK podemos encontrar una amplia biblioteca de bloques de sumideros, fuentes, componentes lineales y no lineales y conectores. También podemos personalizar y crear nuestros propios bloques. Los modelos son jerárquicos, de forma que podemos ver un sistema desde un nivel superior y entrando en los bloques podemos ir descendiendo a través de los niveles para ver con más detalle el modelo.

Las librerías principales de SIMULINK son:

Sources (fuentes): Sirven para generar todo tipo de señales. Sinks (sumideros): Se usan como salida o para visualizar la señal. Discrete (Discreto): elementos de sistemas lineales y en tiempo

discreto (funciones de transferencia, diagramas de espacio-estado) Linear (Lineal): elementos y conexiones para sistemas lineales y en

tiempo continuó (sumadores, multiplicadores). Nonlinear (No Lineal): operadores no lineales (funciones arbitrarias,

saturación, retrasos). Connections (Conexiones): Multiplexores, Demultiplexores, etc.

Además, existen una gran cantidad de Demos y de funciones complementarias.

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Bloque Integrador

El programa Simulink trata el bloque integrador como un sistema dinámico con un estado, su salida. La entrada de este bloque es la derivada en el tiempo del estado. El algoritmo de integración numérica seleccionado calcula la salida del bloque integrador en el período de muestreo actual usando el valor de entrada actual y del paso anterior.

Bloque Derivativo

El bloque ‘Derivative’ aproxima la derivada de su entrada considerando los valores iniciales de la salida igual a 0. La exactitud de los resultados depende del tamaño del período de muestreo utilizado en la simulación.

Bloque Scope

El bloque ‘Scope’ representa gráficamente la entrada conectada a este bloque con respecto al tiempo de simulación. Este bloque permite representar varias variables a la vez para el mismo periodo de tiempo. El ‘Scope’ permite ajustar el tiempo y el rango de los valores de entrada presentados.

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Bloque Gain

El bloque ’Gain’ multiplica la entrada por un valor constante (ganancia). La entrada y la ganancia pueden ser un escalar, un vector o una matriz.

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DISCUSIÓN

Para simular un sistema, se deben insertar en las ventanas de simulación los distintos componentes con los que se va a construir el modelo. Se pueden seguir los siguientes pasos:

1. Crear un nuevo modelo: Para abrir una nueva ventana de simulación se debe pulsar el botón “nuevo modelo”

2. Buscar un bloque: Se puede buscar un bloque expandiendo el árbol de la biblioteca o buscándolo directamente por su nombre en la ventana de búsqueda. En este caso, si hay más de un bloque que pueda corresponder a ese nombre, irán apareciendo a medida que se pulse la tecla “enter”.

3. Situar un bloque: Para situar un bloque, se mantiene pulsado el botón izquierdo del ratón sobre el icono en forma de rombo que hay junto al nombre del bloque y se arrastra hacia la posición deseada en la ventana de simulación.

4. Conectar bloques: En cada bloque, los puntos de salida aparecen indicados mediante una flecha saliente del bloque “|>”, mientras que los puertos de entrada a cada bloque se indican con una flecha entrante al mismo “>|”. Se conecta la entrada de un bloque a la salida de otro, manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón mientras se arrastra desde el símbolo de entrada de uno de los bloques hasta el de salida de otro o viceversa.

5. Crear una bifurcación: Si se desea llevar la salida de un bloque a la entrada de más de uno se necesita crear una bifurcación en la conexión. Para hacerlo, se arrastra con el ratón desde la entrada del nuevo bloque a conectar hasta la línea de la conexión que se va a bifurcar.

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6. Modificar los bloques: Se pueden rotar o aplicar simetrías a los bloques usados, según convenga la colocación de entradas/salidas para el esquema que se esté realizando pulsando sobre él el botón derecho del ratón y utilizando los menús desplegables o mediante la opción “Formar” del menú principal (“Formar/Flip Block”, “Formar/Rotate Block”, etc.). también mediante los menús o haciendo doble click sobre el bloque, se pueden modificar sus parámetros.

7. Inserción de textos: Se puede incluir un texto aclaratorio o informativo en cualquier parte de la ventana del modelo, haciendo doble click en una zona libre y escribiendo directamente el texto.

Herramientas como Matlab y Simulink son de gran ayuda en el campo industrial ya que permiten conocer el comportamiento de un sistema antes de su implementación, con lo cual se evitan riesgos financieros y humanos importantes. Para simplificar la definición del modelo Simulink usa diferentes clases de ventanas llamadas ventanas de diagramas de bloques. En estas ventanas se puede crear y editar un modelo gráficamente usando el mouse. Simulink usa un ambiente gráfico lo que hace sencillo la creación de los modelos de sistemas. Después de definir un modelo este puede ser analizado seleccionando una opción desde los menús de Simulink o entrando comandos desde la línea de comandos de Matlab.

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CONCLUSIÓN

Simulink es un paquete para utilizar con MATLAB para modelar, simular y analizar sistemas dinámicos. Su entorno de modelado gráfico usa los familiares diagramas de bloques, de forma que los sistemas ilustrados en el texto se pueden implementar fácilmente. Su facilidad de uso y poderosa capacidad han hecho que Simulink sea la opción elegida por miles de ingenieros, profesores y estudiantes en la industria y en el mundo académico.

Aunque Simulink es una herramienta sencilla de manipular, un buen funcionamiento dependerá del conocimiento que tenga el operador de la misma. La ejecución y precisión de una simulación puede verse afectado por diversos factores, incluyendo el diseño del modelo y la elección de los parámetros de simulación.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ARACIL, Javier. Introducción a Matlab y Simulink. 2006. [Documento en línea]. Disponible en: www.esi2.us.es/~fabio/apuntes_matlab.pdf [Consultado: 12 de Abril 2015]

RUBIO, Alicia. Manual de Simulink para la asignatura de teoría de sistemas. Simulink [Documento en línea]. Disponible http://personal.us.es/aarce/ManualSimulink.pdf PDF [Consultado: 12 de Abril 2015]

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