Introducción al modelado de

Transcripción

1 Introducción al modelado de Sistemas de Control

2 Qué es un sistema?. Introducción Un sistema es un conjunto de elementos interrelacionados sometido a una serie de estímulos o señales de entrada ante los que responde mediante una serie de señales de salida. Entradas Sistema Salidas

3 Sistema de control en lazo abierto

4 Sistema de control en lazo cerrado

5 Sistema de control en lazo cerrado

6 Sistemas de control Tipo especial de sistemas en los que se pretende conseguir un comportamiento determinado de las señales de salida actuando sobre las señales de entrada. Esquema clásico en bucle cerrado o en realimentación. + - Control Sistema

7 Ejemplo. Sistema de aire acondicionado. Pretende mantener una temperatura estable en el interior de un recinto cerrado. Mecanismos para actuar: calentar/enfriar. Señal de referencia ajustable. Sensores. Posibles perturbaciones.

8 Bloques fundamentales

9 Bloques fundamentales

10 Combinación de bloques básica

11 Ejemplo (cont.). Tm<Td: calentar Acción Tm>Td: enfriar Td: Temp. deseada + Control - Tm: Temp. de la vivienda Sensor

12 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL REALIMENTADO

13 Elementos de un sistemas de Comparador control Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor

14 La Planta. Comparador Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor Sistema físico que se desea controlar. Recibe como entrada la acción de control y produce la salida (señal a controlar). Normalmente su comportamiento sólo es modificable a través de las señales de entrada. Puede estar sometido a perturbaciones. Modelado: G(s) (función de transferencia).

15 El sensor. Comparador Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor Sistema de medida. Transforma la señal de salida a una magnitud (medida) interpretable por el esquema de control. Fuente de información para el sistema, debe poseer una elevada exactitud y fidelidad. Modelado: Gs(s) (función de transferencia).

16 El comparador. Comparador Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor Evaluación del error. Compara la señal de medida con la referencia establecida para el sistema de control, generando la señal de error. Elemento simple, debe ser preciso.

17 El controlador. Comparador Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor Estrategia de control. Transforma la señal de error en una señal de control aplicando una determinada estrategia. Donde reside la inteligencia del sistema de control. De su diseño depende el buen funcionamiento del sistema global (asumiendo datos de entrada correctos). Modelado: Gc(s) (función de transferencia).

18 El actuador. Comparador Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor Etapa de potencia. Transforma la señal de control en una acción que puede ser interpretada por la planta. Modelado: Ga(s) (función de transferencia).

19 Subsistemas Cadena directa Referencia + - Controlador Actuador Planta Salida Sensor Cadena de realimentación

20 Zona de baja energía Zona de alta energía Referencia + - Controlador Actuador Planta Salida Sensor

21 Dominio discreto Dominio continuo Referencia + - PC/µC D/A Planta Salida A/D

22 Ejemplos de sistemas de control Control manual: El elemento de control es un operador humano. Algunos ejemplos serían una persona que conduce un automóvil, cocinero preparando un plato, operario manipulando una grúa. Control de procesos: Aire acondicionado de una casa, nivel de agua en un depósito, control del ph en un cultivo de algas.

23 Servosistemas: Posición del brazo de un robot, piloto automático de un avión, posicionamiento de la cabeza en un disco duro. Sistemas biológicos: Sistema predador-presa, señalar con el dedo, transpiración, apertura y cierre de la pupila. Sistemas económicos: Empresa, mercado de valores.

24 Cuándo es necesaria la Inestabilidad. Oscilación excesiva. Lentitud. compensación? Sensibilidad ante perturbaciones. Error en régimen permanente.

25 Repuesta inestable: La salida del sistema no está acotada.

26 Repuesta oscilatoria: La salida del sistema presenta picos de oscilación que no son admisibles.

27 Repuesta lenta: La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valor deseado.

28 Repuesta ruidosa: La salida del sistema se ve afectada por perturbaciones. Error en régimen permanente: La salida del sistema no se estabiliza en el punto deseado.

29 Tipos de compensación Compensación en serie. Compensación en paralelo o en realimentación. Compensación de perturbaciones. Compensación de entrada/salida

30 Compensación en serie: El controlador se sitúa en serie con la planta. Referencia + - Controlador Planta Salida

31 Compensación en paralelo: El controlador se sitúa en la cadena de realimentación. Referencia + - Planta Salida Controlador

32 Compensación de perturbaciones: El controlador trata de anular el efecto de alguna perturbación. Perturbación Controlador Referencia + - Planta Salida

33 Compensación de entrada: Referencia Controlador + - Planta Salida Compensación de salida: Referencia + Planta - Controlador Salida

34 Función de transferencia

35 Función de transferencia

36 Ejemplos

37 Ejemplos

38 Ejemplos

39 Ejemplos

40 Ejemplos

41 Ejemplos

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43 Draw simple block diagrams for the control systems

44 Draw simple block diagrams for the control systems