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Transcripción

1 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: CUESTIÓN 1 (2.5 puntos): Se desea controlar la temperatura de salida de una caldera de vapor actuando sobre la válvula de regulación de combustible. Para que la caldera funcione aceptablemente se debe cumplir que para una temperatura deseada de 200 ºC, la temperatura no supere 230 ºC y en régimen permanente la temperatura sea superior a 198 ºC. Para ello se modela dicho sistema obteniéndose la siguiente función de transferencia SO(%) Mf(º) Gs () = 1 (100 s+ 1) (10 s+ 1) δ a) Determinar las especificaciones del sistema compensado en el dominio de la frecuencia así como la ganancia mínima que debe tener el controlador. b) Dibujar el diagrama de Bode del sistema sin compensar. (Como guía: usar valores de 0º y -90º para el valor de la fase de un polo en las frecuencias extremas y la siguiente tabla para las intermedias) Frecuencia relativa al polo Separación del valor central (en grados) c) Diseñar (si es posible) una red de avance que controle el sistema. TIEMPO 2h Página 1 de 6

2 Depto. Ingeniería de Sistemas y Automática. Universidad de Sevilla. Control Automático. 3º curso de Ingenieros Industriales Plantilla semilogarítmica para el trazado de diagramas de Bode TIEMPO 2h Página 2 de 6

3 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: d) Diseñe (si es posible) una red de retardo que controle el sistema e) Diseñe (si es posible) una red mixta que controle el sistema TIEMPO 2h Página 3 de 6

4 f) Finalmente se decide implementar la red mixta diseñada en el apartado anterior y al probarla sobre el sistema se observa que el comportamiento de la caldera es aceptable, aunque se desea que fuese más rápido, es decir, con un menor tiempo de subida. Justifique razonadamente cómo ajustar el controlador para este fin. TIEMPO 2h Página 4 de 6

5 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: CUESTIÓN 2 (2.5 puntos): a) Comente en qué consisten los métodos de Ziegler-Nichols. Indique qué parámetros son necesarios para el diseño basado en cada uno de los métodos (no es necesario detallar las tablas). b) Indique y justifique los efectos beneficiosos del uso de realimentación negativa en el control de sistemas con errores de modelado. TIEMPO 2h Página 5 de 6

6 c) Medidores de caudal por presión diferencial de placa orificio. d) Indique los tipos de actuadores que puede encontrar en una válvula de control. TIEMPO 2h Página 6 de 6

7 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: CUESTIÓN 3a (1.25 puntos) Con objeto de garantizar el buen funcionamiento de los servidores informáticos de la escuela, es necesario mantener la temperatura de la sala de ordenadores donde están instalados a una temperatura próxima a 15ºC. Para lograrlo se ha adquirido un aparato de aire acondicionado al que se pretende diseñar un control todonada con histéresis de ±5ºC. Para ello se dispone de dos sensores T10 y T20. El primero de ellos se activa (T10=1) cuando la temperatura es inferior a 10 ºC y el otro lo hace (T20=1) cuando la temperatura es superior a 20 ºC. El funcionamiento que se pretende es el siguiente: Si la temperatura es superior a 20ºC el aire acondicionado deberá estar funcionando (AIRE=1), si baja por debajo de 20ºC pero es superior a 10ºC debe seguir funcionando y si baja por debajo de 10ºC debe apagarse (AIRE=0). Si por el contrario la temperatura es inferior a 10ºC (el aire acondicionado debe estar apagado (AIRE=0)) y la temperatura sube por encima de 10ºC el aire debe permanecer apagado hasta que se suba por encima de 20ºC momento en el que debe encenderse. Se pide: Diseñar el automatismo que implemente el control todo-nada con histéresis antes descrito, calculando la matriz de fases, reducción de estados, matriz de fases reducida, simplificación usando tablas de Karnaught, indicando la función de transición y la de salida y realizando la implementación mediante la lógica de contactos. TIEMPO 2h Página 1 de 7

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9 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: CUESTIÓN 4b (1.25 puntos): Se pretende controlar la iluminación de una sala, de manera que la luz esté encendida cuando haya alguien dentro de la sala y apagada cuando esté vacía, para ello se dispone de dos sensores (S1 y S2) situados en la puerta que indican cuando una persona ha salido o entrado de la habitación de la siguiente forma: Entrada: activación/desactivación de S1 y después lo mismo de S2. Salida: activación/desactivación de S2 y después lo mismo de S1. Además se dispone de un contador con el que se pretende saber si la habitación está vacía, hay alguien o se ha superado el aforo máximo de 100 personas. Para ello el contador tiene dos entradas (IC: Incrementa contador y DC: Decrementa contador) y dos salidas (C0: Contador=0 y C100: Contador 100). El funcionamiento que se pretende es que si la sala está vacía la luz esté apagada (LUZ=0) y si hay alguien esté encendida (LUZ=1). Asimismo si se supera el aforo de 100 personas debe encenderse la señal de aviso de sala completa (COMPLETO=1) y permanecer encendida hasta que el número de personas sea inferior a 100. Se pide diseñar la red de Petri que implemente el comportamiento deseado. NOTAS: Suponer que inicialmente la sala está vacía y el contador a 0. Una vez completado el aforo puede seguir entrando gente, pero la señal de completo debe estar activa hasta que se deje de superar las 100 personas. Es imposible que una persona salga a la vez que otra entra. Suponer que una vez empezado el proceso de entrada o de salida éste se completa en su totalidad. TIEMPO 2h Página 3 de 7

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11 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: CUESTIÓN 4 (2.5 puntos): Dado el siguiente sistema: Se pide: + s + 4 K (s) ( s + 3) a) Suponiendo que K(s) es un controlador proporcional dibujar el lugar de las raíces en función de la ganancia del controlador (tanto positiva como negativa). (1.0 puntos) TIEMPO 2h Página 5 de 7

12 b) Suponer que K(s)=5+(Ki/s). Dibujar el lugar de las raices generalizado en función del parámetro Ki>0. (Nota: el lugar generalizado tiene un solo punto de separación, el cual no es necesario que se calcule con exactitud). (1.0 puntos). TIEMPO 2h Página 6 de 6

13 CONTROL AUTOMÁTICO 3º ING. INDUSTRIALES EX. PARCIAL APELLIDOS: NOMBRE: DNI: c) Utilizando el lugar generalizado del apartado anterior, calcular el rango de valores positivos de Ki tales que el error en régimen permanente frente entrada rampa sea inferior al 10% y la sobreoscilación menor del 20%. (0.5 puntos) TIEMPO 2h Página 7 de 7

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