Experimentation of classic digital controllers in an embedded system applied in a thermal process
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
This research project shows the implementation of classic digital controllers in an embedded system to control the temperature of a thermal system. The embedded system selected was in the computer board Raspberry Pi 2 B+ together with an ONE Arduino board. In the measurement stage the hardware was developed for to transmit the temperature data from the PT-100 thermometer resistance towards the Raspberry PI. For the implementation of the computational stage was developed an algorithm for the different controllers and based on this the controllers were programmed in Python 2.7. For the actuator a power stage was designed that converts the ac voltage into a voltage dc, from a PWM signal. This dc voltage is used to feed a thermal resistance that is responsible for executing the control action of the system. With the implementation of the types of controllers, a comparative analysis was realized highlighting the most relevant characteristics for each type of controller and allowing to also evaluate the performance of the Raspberry Pi. Based on the results obtained in the execution of the project, it concluded the feasibility to control thermal systems under different types of controllers embedded in the Raspberry Pi and with the possibility of developing intelligent control strategies for futures projects, through the use of software tools and free hardware.
Este proyecto de investigación muestra la implementación de controladores digitales clásicos dentro de un sistema embebido para controlar la temperatura de un sistema térmico. El sistema embebido seleccionado fue el computador de placa reducida Raspberry Pi 2 B con una tarjeta Arduino UNO. En la etapa de medición se desarrolló el hardware para transmitir los datos de la temperatura desde el transductor PT-100 hacia la Raspberry Pi. Para la etapa de computacional se desarrollaron diferentes algoritmos de los controladores en la plataforma Python 2.7. Para el actuador se diseñó una etapa de potencia que convierte el voltaje ac en un voltaje dc, de acuerdo a una señal PWM. Este voltaje dc se utiliza para alimentar una resistencia térmica encargada de ejecutar la acción de control del sistema. Con el desarrollo de este tipo de controladores se realizó un análisis comparativo destacando las características más relevantes del sistema para cada tipo de controlador y permitiendo evaluar también el rendimiento de la Raspberry Pi. Con base en los resultados obtenidos en la ejecución del proyecto, se concluye que es viable controlar sistemas térmicos bajo diferentes tipos de controladores embebidos en la Raspberry Pi y con la posibilidad de desarrollar estrategias de control inteligente para futuros proyectos, con la ventaja de usar herramientas de software y hardware libre.
Este proyecto de investigación muestra la implementación de controladores digitales clásicos dentro de un sistema embebido para controlar la temperatura de un sistema térmico. El sistema embebido seleccionado fue el computador de placa reducida Raspberry Pi 2 B con una tarjeta Arduino UNO. En la etapa de medición se desarrolló el hardware para transmitir los datos de la temperatura desde el transductor PT-100 hacia la Raspberry Pi. Para la etapa de computacional se desarrollaron diferentes algoritmos de los controladores en la plataforma Python 2.7. Para el actuador se diseñó una etapa de potencia que convierte el voltaje ac en un voltaje dc, de acuerdo a una señal PWM. Este voltaje dc se utiliza para alimentar una resistencia térmica encargada de ejecutar la acción de control del sistema. Con el desarrollo de este tipo de controladores se realizó un análisis comparativo destacando las características más relevantes del sistema para cada tipo de controlador y permitiendo evaluar también el rendimiento de la Raspberry Pi. Con base en los resultados obtenidos en la ejecución del proyecto, se concluye que es viable controlar sistemas térmicos bajo diferentes tipos de controladores embebidos en la Raspberry Pi y con la posibilidad de desarrollar estrategias de control inteligente para futuros proyectos, con la ventaja de usar herramientas de software y hardware libre.
Keywords
ONE arduino, PID controller, raspberry Pi, thermal system, Arduino UNO, Controlador PID, Raspberry Pi, Sistema térmico