3.-TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL: Los sistemas de control pueden ser:
– DE LAZO (o BUCLE) ABIERTO
Selector de referencia
Evalúa la señal de mando para establecer una señal de referencia, que controlará todo el proceso. El elemento de control que se encarga de esta función es el TRANSDUCTOR (adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control).Unidad de control
Adapta convenientemente la señal de referencia para que pueda actuar o controlar el proceso. El elemento que se encarga de esta función es el ACTUADOR.
Proceso
Realiza todas las acciones que sean necesarias para obtener la salida esperada. En color rojo se identifican las señales que intervienen:E= Señal de entrada ó “de mando”(determinará cuál será el nivel de salida deseado).Puede ser manipulada por el operador del sistema, para modificar convenientemente la salida. S= Salida, ó “variable gobernada”( pues dependerá de la entrada ó señal de mando).
C= señal de control, o “variable manipulada”, es la señal de referencia convenientemente tratada para que pueda actuar sobre el proceso del sistema de control.
R= señal de referencia, que guarda una relación directa con la señal de entrada.
P= perturbación, constituida por todas las señales indeseadas que afectan al proceso. Pueden ser internas o externas.
Ventajas e inconvenientes del S.De control en bucle abierto: Ventajas:
Facilidad de diseño.Inconvenientes
Incapacidad de respuesta ante perturbaciones. –DE LAZO (o BUCLE) CERRADO
Aquellos en los que la acción de control depende en parte de la salida (parte de la señal de salida, conveniente- mente tratada, se realimenta introducíéndose de nuevo en el sistema como una entrada más).Concepto de Realimentación
Propiedad por la cual se compara la salida con la entrada al sistema, de modo que se establezca una función entra ambas. También se la denomina “feedback”. En color rojo (figura anterior) se identifican las nuevas señales que intervienen:R= Señal de realimentación
e= Señal de error (diferencia entre los valores de entrada y salida). Actúa sobre el sistema de control con el sentido de reducirse a cero y llegar a la salida de forma correcta.
Ventajas e inconvenientes del S.De control en bucle cerrado: Ventajas:
Mejor respuesta ante perturbaciones. Mejor precisión en la respuesta.Inconvenientes
Dificultad en su diseño. Utilización de muchos componentes.Descripción de los principales elementos de un sistema de control en bucle cerrado:
Transductor
Dispositivo (sensor) utilizado para acondicionar la señal de mando (entrada), para convertirla en una señal de referencia válida.Regulador
Es el elemento más importante de un sistema de control. Condiciona la acción del elemento “actuador”, en función del error obtenido. Su acción de control puede ser: proporcional (p), derivativa (d), integral (i), ó una combinación de éstas ( PD,PI,PDI).Actuador:
Elemento final del sistema de control. Actúa directamente sobre el proceso ó sobre la salida.Comparador (o detector de error):
Elemento que compara la señal de referencia proveniente del selector de referencia, con la señal realimentada de la salida Captador:Dispositivo (sensor) utilizado en el bloque de realimentación. Acondiciona la señal de salida para introducirla en el comparador.
TRANSFORMADA DE LAPLACE:
En los sistemas de regulación resulta fundamental conocer cual va a ser la respuesta ante una entrada determinada. Es difícil obtener una relación que permita conocer en función del tiempo como va a responder el sistema ante cualquier situación. La resolución de muchos problemas se basan en reemplazar funciones de una variable real (tiempo, distancia…) por otras representaciones que dependen de una variable compleja. Así resulta más sencillo realizar el análisis del sistema porque conseguimos reemplazar ecuaciones integradiferenciales por simples polinomios. Una vez conocido el comportamiento del sistema en el dominio complejo, se puede volver a pasar al dominio de tiempo y de esta manera predecir cual va ser la respuesta ante cualquier situación. Esta técnica se conoce como la Transformada de Laplace.
PARTE 2: Función de transferencia de un sistema de control
La manera de enfocar el estudio de los sistemas de control, dará lugar a dos teorías: la clásica y la moderna. La más sencilla es la teoría clásica de control, pues en ella no interesa conocer en detalle qué sucede dentro del sistema, sino solamente la relación entrada-salida del mismo. Sin embargo la teoría moderna de control, analiza los sistemas automáticos desde el punto de vista interno, conociendo lo que sucede dentro del sistema en cada momento.Por medio de la teoría clásica, que introduce el concepto de función de transferencia, se puede conocer de forma sencilla: – Cómo va a comportarse el sistema en cada situación: según la entrada que se produzca en el sistema, sabremos cuál será la respuesta ó salida. – La estabilidad del mismo.- Qué valores se podrán aplicar a ciertos parámetros del sistema de manera que éste sea estable.
La función de transferencia de un sistema de control se define como el cociente entre las transformadas de Laplace de las señales de salida y de entrada. Al denominador de la función de transferencia se le denomina “función carácterística”, que igualada a cero se conoce como “ecuación carácterística” del sistema.
Las raíces de la ecuación carácterística (valores para los cuales ésta se hace nula) se denominan polos del sistema. Las raíces del numerador de la función de transferencia reciben el nombre de ceros del sistema. Para que un sistema sea físicamente realizable: número de polos >= número de ceros.
5. ESTABILIDAD
Sistema estable
Es aquel que permanece en reposo a no ser que se excite por una fuente externa, en cuyo caso alcanzará de nuevo el reposo una vez que desaparezcan las excitaciones.Condiciones de estabilidad
Para que el sistema sea estable, las raíces de su ecuación carácterística (sus polos) deben estar situadas en la parte negativa del plano complejo de Laplace.
1.- INTRODUCCIÓN/DEFINICIONES:
Automática:
Ciencia que trata de sustituir en un proceso al operador humano, por dispositivos mecánicos, eléctricos ó electrónicos.Automatización:
Aplicación de la automática a los procesos industriales.Sistema:
Conjunto de elementos que relacionados entre sí ordenadamente, contribuyen a alcanzar un objetivo.Sistema automático de control:
Conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir, sin intervención de agentes exteriores, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.Sus aplicaciones son innumerables (en los hogares, procesos industriales,…), y tienen especial repercusión en el campo científico (misiones espaciales) y en avances tecnológicos (automoción). Surge así la REGULACIÓN AUTOMÁTICA, que se dedicará al estudio de los sistemas automáticos de control.
2.-CONCEPTOS:
Variables del Sistema
Son las magnitudes que se someten a control y que definen su comportamiento (velocidad, temperatura, posición,…). En Regulación Automática, sólo se tendrá en cuenta la relación entrada/salida de los sistemas que se van a someter a control. Lo importante será entonces conocer cuál será la respuesta del sistema (salida) cuando se le comunica una cierta entrada.Entrada
Excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, con el fin de provocar una respuesta Salida.– Respuesta que proporciona el sistema de control.
Perturbación
Señales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema.Diagrama de bloques(o diagrama funcional)
Es la forma de representación más sencilla de los sistemas de control, en el que se da una idea de las relaciones existentes entre la entrada y la salida de un sistema. A cada componente del sistema de control se le denomina elemento, y se representa por un rectángulo. La interacción entre los bloques se representa por medio de flechas, que indican el sentido de flujo de la información. El diagrama de bloques más sencillo es el bloque simple, que consta de un elemento, una sola entrada y una sola salida. En los diagramas de bloques más complejos, podremos encontrarnos además con una serie de elementos funcionales, aparte del ya citado bloque de transferencia: Nudo diferenciador, nudo aditivo y nudo de ramificación.