¿Cómo regulan la velocidad los grupos electrógenos diésel?

¿Cómo regulan la velocidad los grupos electrógenos diésel?
Para el TMS320LF2407, se comenzó por establecer el modelo del sistema de control de velocidad PID para el generador diésel, ya que el control PID es sencillo y práctico, no requiere un modelo preciso del sistema y sigue siendo el controlador industrial más utilizado; el método de control PID; y, posteriormente, tras el establecimiento de un modelo del sistema, se realiza un estudio de simulación utilizando MATLAB SIMULINK. El modelo del regulador establecido permite elegir diferentes métodos de control; al compararlos con el PID convencional, el PID de puntos variables, el control PID diferencial incompleto y el control PID difuso, se observan diferentes efectos. A continuación se presentan estudios sobre cómo los distintos parámetros del proceso influyen en la calidad de la dinámica del sistema.
Diagrama de bloques de un sistema de control de velocidad digital para Simulink
 Al diseñar un sistema de control de velocidad para grupos electrógenos diésel de diversos modelos, puedes utilizar las herramientas de MATLAB Simulink para crear, a partir del control PID convencional, el control PID integral de velocidad variable, el control PID diferencial incompleto y el control PID difuso, el diagrama de bloques del sistema de control de velocidad.
1.1 Control PID convencional
 En primer lugar, veamos el control PID convencional; a continuación se muestra su diagrama de bloques de simulación del sistema, tal como se presenta en la Figura 1: este es el uso más común del diagrama del sistema de control PID, elaborado a partir de la simulación del diagrama de bloques del sistema de control real, para observar el efecto del control PID convencional.
1.2 Control PID con derivada incompleta
 A continuación se muestra el diagrama de bloques de simulación del sistema de control PID con derivación incompleta que se presenta en la Figura 2: La Figura 2 muestra el diagrama de bloques de simulación del sistema de control PID con derivación incompleta, el cual se basa en un PID convencional que no cuenta con derivación completa, y se utiliza para mejorar su función de control y lograr un mejor efecto de control.
1.3 Control PID de velocidad variable integral
 A continuación se presenta un diagrama de bloques de simulación de un sistema de control PID integral de velocidad variable, tal como se muestra en la Figura 3.
1.4 Control PID difuso
 El control PID difuso adaptativo combina la teoría del control adaptativo con el controlador PID convencional, aprovechando las ventajas de ambos. En primer lugar, cuenta con la capacidad adaptativa para rastrear automáticamente el origen de los parámetros del proceso controlado y ajustar automáticamente los parámetros de control, lo que le permite adaptarse a los cambios en los parámetros del modelo y en el proceso controlado; además, cuenta con las ventajas de un controlador PID convencional, como una estructura sencilla, robusta y de alta confiabilidad. Esto convierte al control adaptativo de procesos mediante el control PID en un método de control ideal.
Si la caja de control cuenta con un diseño de controlador difuso, entonces, al construir el modelo de simulación del sistema en Simulink, el módulo del controlador difuso y al diseñar la estructura del enlace FIS, se puede realizar una simulación; el diagrama de bloques de la simulación del sistema para establecer los tres parámetros clave del PID —Kp, Ki, Kd del conjunto completo, lo cual debe tomar en cuenta la interacción de estos tres parámetros en diferentes momentos y las relaciones entre ellos.
A partir de la estabilidad del sistema generador, la velocidad de respuesta, el sobreimpulso y la precisión en estado estacionario, entre otros aspectos, se debe considerar el papel de Kp, Ki y Kd en el establecimiento de la tabla de reglas difusas.
 (1) La función del coeficiente proporcional Kp es acelerar la velocidad de respuesta del sistema y mejorar la precisión de regulación del mismo. Cuanto mayor sea el valor de Kp, más rápida será la respuesta del sistema y mayor será su precisión de regulación; sin embargo, esto lo hace propenso a sobreimpulsos, lo que puede provocar inestabilidad en el sistema. Si el valor de Kp es demasiado pequeño, se reducirá la precisión de regulación, lo que provocará tiempos de respuesta lentos, tiempos de ajuste prolongados y un deterioro de las características dinámicas y estáticas del sistema.
(2) La función del coeficiente de acción integral Ki es eliminar el error en estado estacionario. Cuanto mayor sea Ki, más rápido eliminará el sistema el error estático; sin embargo, si Ki es demasiado grande, en las primeras etapas del proceso de respuesta se producirá un fenómeno de saturación integral, lo que provocará un mayor sobreimpulso en el proceso de respuesta. Por el contrario, si Ki es demasiado pequeño, al sistema le resultará difícil eliminar el error estático, lo que afectará la precisión de la regulación del sistema.
 (3) La función del coeficiente diferencial Kd es mejorar las características dinámicas del sistema, y su papel principal es inhibir el sesgo de respuesta del proceso en cualquier dirección ante un cambio, así como alertar con anticipación sobre las variaciones en la desviación. Sin embargo, si el valor de Kd es demasiado grande, la respuesta del proceso se adelantará, se prolongará el tiempo de ajuste y se reducirá la robustez del sistema. A continuación se muestra el diagrama de bloques de simulación del sistema de control PID difuso que se presenta en la Figura 4.
Dos pares de simulación de sistemas
 Una vez establecido el diagrama de bloques de la simulación del sistema, se puede estudiar la simulación del mismo; podemos compararlo con el control PID convencional y realizar comparaciones con el control PID con variable integral, el control PID diferencial incompleto y el control PID adaptativo difuso, además de realizar un análisis detallado utilizando la figura 4, que muestra el diagrama de bloques del control PID difuso del sistema de control adaptativo, junto con los resultados de la simulación. La simulación del sistema nos ayudará a comprender rápidamente el sistema de control de velocidad de los grupos electrógenos diésel y tendrá un efecto positivo en el análisis preliminar de los parámetros de control del sistema.
 Figura 4. Diagrama de simulación del control difuso mediante el bloque de control difuso PID en MATLAB para lograrlo; si bien el sistema de control se establece de acuerdo con sus propias características y requisitos específicos, lo cual puede constituir la situación básica del sistema de control de reacción, la simulación puede desempeñar un papel importante. .
 En primer lugar, a continuación se muestran los resultados de la simulación del control PID más convencional y del término integral de la variable de control PID: La Figura 5 muestra que, al modificar el término integral del PID relacionado con la velocidad y la tasa de acumulación, así como el tamaño de la desviación, se adapta mejor a las grandes desviaciones cuando el sistema se encuentra en puntos de baja velocidad; en caso de desviaciones prolongadas, una integración rápida puede reducir el sobreimpulso, pero es más eficaz para eliminar el error estático.
 La siguiente comparación entre el control PID convencional y el control PID con derivación incompleta no es totalmente diferencial; los resultados de la simulación se muestran en la Figura 6. El algoritmo PID con derivación incompleta se introduce en un sistema de inercia de primer orden, lo que mejora el desempeño del sistema y optimiza sus características dinámicas al intentar reducir las interferencias de alta frecuencia.
 Por último, se presenta una comparación entre el control adaptativo difuso y el control PID convencional, así como un análisis de simulación del control adaptativo y difuso. Estos se basan en el modelo previamente establecido del sistema del generador diésel,
A continuación se presentan los resultados de la simulación, que se muestran en la Figura 7. Se puede observar el controlador PID difuso y compararlo con el control PID convencional; esto hace que el tiempo de respuesta del sistema reduzca el sobreimpulso, la curva sea más suave y el tiempo de reacción más rápido, lo que se traduce en un efecto de control significativamente mejor. Dado que el controlador PID difuso combina las características del proceso de precontrol del controlador difuso con todas las ventajas del controlador PID en la última parte del proceso de control, resulta ser un controlador excelente; por lo tanto, en la práctica se puede utilizar el método de control adaptativo difuso. .