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Practice 34: SISO using temperature sensor

▷ #TSCLab #TCLab #ESP32 #Arduino #Control #MACI

En el siguiente blog se presenta la trigésima primera práctica del laboratorio de control de temperatura y velocidad de un motor.

Objetivo general:

  • Embeber un sistema de control PID para la temperatura del TSC-Lab

Materiales:

  • TSC-Lab

Introducción:

Una de las alternativas para implementar un sistema de control dentro del ESP-32 es mediante un controlador PID. En la presente práctica se usará el propuesto por Ziegler Nichols. 

Procedimiento:

Nota: se asume que todas las librerías han sido previamente instaladas. Además se cree que la función de transferencia del sistema ya se lo tiene por lo que se procederá a cambiar los valores tanto de la ganacia, tau y retardo del código. 
  1. Copiar y cargar el siguiente código al TSC-Lab.
/*
****************************** TSC-Lab *******************************
***************************** PRACTICE 31 ****************************
This practice is about SISO using temperature sensor
By: Kevin E. Chica O
Reviewed: Víctor Asanza
More information: https://tsc-lab.blogspot.com/
More examples: https://github.com/vasanza/TSC-Lab
Dataset: http://ieee-dataport.org/4138
*/
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
// Definiciones componentes de la tarjeta
#define sensor1 4 //DS18B20 left
#define sensor2 0 //DS18B20 right
#define heater1 17 //TIP31C left
#define heater2 16 //TIP31C right
#define hot 18 //Led
// temperature sensor
//GPIO pin 0 as sesnsor 1 is set as OneWire bus
OneWire ourWire1(sensor1);
//GPIO pin 4 as sensor2 is set as OneWire bus
OneWire ourWire2(sensor2);
//A variable or object is declared for our sensor 1
DallasTemperature sensors1(&ourWire1);
//A variable or object is declared for our sensor 2
DallasTemperature sensors2(&ourWire2);
//Variables Globales
float temp1, aux; //Temperature of Heater 1
float r1 = 0.0; //reference of Heater 1
volatile float u = 0.0, u_1 = 0.0; //control action
byte Ts = 8; //Sampling period (seconds)
//PID parameters
float kp, ti, td;
float q0, q1, q2;
volatile float e = 0.0, e_1 = 0.0, e_2 = 0.0;
float k = 1.04, tau = 160, theta = 10 + Ts / 2; //System Model Parameters
String dato;
// setting PWM properties
const int freq = 5000;
const int ledChannel = 0;
const int resolution = 8;
//interrupt funtion
volatile int interruptCounter;
int totalInterruptCounter;
hw_timer_t * timer = NULL;
portMUX_TYPE timerMux = portMUX_INITIALIZER_UNLOCKED;
void IRAM_ATTR onTimer() {
portENTER_CRITICAL_ISR(&timerMux);
interruptCounter++;
portEXIT_CRITICAL_ISR(&timerMux);
}
//PID function
void PID(void)
{
e = (r1 - temp1);
// Controle PID
u = u_1 + q0 * e + q1 * e_1 + q2 * e_2; //Ley del controlador PID discreto
if (u >= 100.0) // control saturated action 'uT' at a maximum and minimum limit
u = 100.0;
if (u <= 0.0 || r1 == 0)
u = 0.0;
// Return to real values
e_2 = e_1;
e_1 = e;
u_1 = u;
// The calculated action is transformed into PWM
ledcWrite(ledChannel, map(u, 0, 100, 0, 255));
}
void setup() {
//interruption
timer = timerBegin(0, 80, true);
timerAttachInterrupt(timer, &onTimer, true);
timerAlarmWrite(timer, 8000000, true);//change time in us
timerAlarmEnable(timer);
// configure LED PWM functionalitites
ledcSetup(ledChannel, freq, resolution);
// attach the channel to the GPIO to be controlled
ledcAttachPin(heater1, ledChannel);
pinMode(hot, OUTPUT); //Led "Caliente" como salida
digitalWrite(hot, LOW);
Serial.begin(115200);
//wait 10 seconds when start for first time
delay(10000);
r1 = 32.0;// reference point
//ZIEGLER and NICHOLS
kp = (1.2 * tau) / (k * theta);
ti = 2.0 * theta;
td = 0.5 * theta;
//Digital PID
// Calculo do controle PID digital
q0 = kp * (1 + Ts / (2.0 * ti) + td / Ts);
q1 = -kp * (1 - Ts / (2.0 * ti) + (2.0 * td) / Ts);
q2 = (kp * td) / Ts;
}
void loop() {
if (interruptCounter > 0) {
portENTER_CRITICAL(&timerMux);
interruptCounter--;
portEXIT_CRITICAL(&timerMux);
digitalWrite(hot, !digitalRead(hot)); //Led Toggle
PID();
}
int i, ini = 0, fin = 0;
//Filtro de promedio movil en la lectura ADC
aux = 0;
for (i = 0; i < 10; i++) {
//The command is sent to read the temperature
sensors1.requestTemperatures();
aux = aux + (float(sensors1.getTempCByIndex(0)));
//delay(5);
}
temp1 = aux / 10.0;
//temp1= float(sensors1.getTempCByIndex(0);
Serial.println("Temperatura_1,Setpoint_1");
Serial.print(temp1);
Serial.print(",");
Serial.println(r1);
delay(1000);
}
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