Sistemas de control en lazo cerrado

Transcripción

1 CI_1 Facultad de Informática Control Industrial Sistemas de control en lazo cerrado Curso

2 Conceptos básicos CI_2 Planta: cualquier objeto físico cuya respuesta se desea controlar Las plantas se pueden representar por sistemas Señal actuante Planta salida

3 Ejemplo de planta CI_3 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 18, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

4 Ejemplo de planta (II) CI_4 Fuente: Benjamin C. Kuo, Sistemas de Control Automático, p. 403, Ed. Prentice-Hall, 1995.

5 Ejemplo de planta (III) CI_5 Fuente: Benjamin C. Kuo, Sistemas de Control Automático, p. 4, Ed. Prentice-Hall, 1995.

6 Conceptos básicos CI_6 Sistema de control: conjunto de subsistemas y plantas interconectados con la intención de controlar las salidas de las plantas, i.e., que las salidas de las plantas sigan unos objetivos prefijados. Señal de referencia Sistema de control salida

7 Respuesta típica de un sistema de control CI_7 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 11, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

8 Objetivos de diseño de un sistema de control CI_8 Cumplir unas especificaciones de respuesta transitoria. Cumplir unas especificaciones de respuesta en estado estable. Garantizar la estabilidad. Robustez. Consideraciones de tipo económico.

9 Sistemas de control en lazo abierto CI_9 Distorsión 1 Distorsión 2 Referencia Transductor Controlador Planta Salida Sistemas de control extraordinariamente sencillos Necesita una perfecta calibración de la planta No puede compensar posibles distorsiones en el sistema

10 CI_10 Sistemas de control en lazo cerrado Distorsión 1 Distorsión 2 Referencia Transductor Controlador Planta Salida Sensor Mayor robustez frente a imperfecciones en la caracterización de las plantas Permite compensar las distorsiones Las respuestas transitoria y permanente se pueden controlar más convenientemente y con mayor flexibilidad Es más complejo y caro que el control en lazo abierto.

11 Ejemplo de sistema de control en lazo cerrado CI_11 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 18, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

12 Ejemplo sistema de control en lazo cerrado (II) CI_12 Fuente: K. Ogata, Modern Control Engineering, p. 10, Ed. Prentice-Hall, 1997.

13 Ejemplo de sistema de control en lazo cerrado (III) CI_13 Fuente: K. Ogata, Modern Control Engineering, p. 3, Ed. Prentice-Hall, 1997.

14 Ejemplo de sistema de control en lazo cerrado (IV) CI_14 Fuente: K. Ogata, Modern Control Engineering, p. 5, Ed. Prentice-Hall, 1997.

15 Elementos de un sistema mecánico traslacional CI_15 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 69, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

16 Ejemplo de sistema mecánico traslacional CI_16 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 72, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

17 Elementos de un sistema mecánico rotacional CI_17 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 77, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

18 CI_18 Elementos de un sistema eléctrico Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 52, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

19 CI_19 Respuesta natural y forzada de un sistema

20 CI_20 Respuesta natural y estabilidad de un sistema

21 Respuesta al escalón de un sistema de orden 1 CI_21 Fuente: K. Ogata, Modern Control Engineering, p. 137, Ed. Prentice-Hall, 1997.

22 Respuesta al escalón de un sistema de orden 2 subamortiguado CI_22 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 184, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

23 Parámetros de la respuesta al escalón de un sistema de orden 2 subamortiguado CI_23 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 193, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

24 CI_24 ω = π d π ω d = 2 π ω d = 4 envolvente α = 0.2

25 CI_25 Respuesta al escalón de tres sistemas subamortiguados con la misma constante de amortiguamiento Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 199, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

26 CI_26 α=0.2 α=0.5 α=1.0 ω = d π 2

27 CI_27 Respuesta al escalón de dos sistemas subamortiguados con la misma frecuencia natural amortiguada Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 199, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

28 CI_28 ωd = π π ω d = 2 π ω d = 4 r = 0.2

29 CI_29 Respuesta al escalón de tres sistemas subamortiguados con el mismo cociente de amortiguamiento Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 199, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

30 CI_30

31 Clasificación de los sistemas de orden 2 CI_31 Fuente: Norman S. Nise, Control Systems Engineering, p. 190, Ed. John Wiley & Sons, 2000.

32 Respuesta al escalón con error en estado estable CI_32 Fuente: Benjamin C. Kuo, Sistemas de Control Automático, p. 372, Ed. Prentice-Hall, 1995.

33 Control de sistemas Step Response de orden 1 CI_33 1 Control PI 0.8 Control P Amplitude 0.6 Sin controlador Polo de la planta: a=-2 Constante del controlador: K=10 Cero del controlador PI: z c = Time (sec)

34 Control P de sistemas de orden 2 Step Response CI_34 Control P (K=10) Control P (K=5) Amplitude Sin controlador 0.2 Polos de la planta: p 1 =-1 y p 2 = Time (sec)

35 Control PD de Step sistemas Response de orden 2 (I) CI_35 1 Control PD Amplitude Control P Polos de la planta: p 1 =-1 y p 2 =-3 Constante del controlador: K=5 Cero del controlador PD: z c = Time (sec)

36 Control PD de sistemas Step Response de orden 2 (II) CI_36 1 Control PD Amplitude Control P Polos de la planta: p 1 =-1 y p 2 =-3 Constante del controlador: K=10 Cero del controlador PD: z c = Time (sec)

37 Control PID de Step sistemas Response de orden 2 (I) CI_37 1 Control PID Control PD Amplitude Control P Polos de la planta: p 1 =-1 y p 2 =-3 Constante del controlador: K=5 Cero del controlador PD: z d =-4 Cero del controlador PI: z i = Time (sec)

38 Control PID de Step sistemas Response de orden 2 (II) CI_38 1 Control PID Control PD Amplitude Control P Polos de la planta: p 1 =-1 y p 2 =-3 Constante del controlador: K=10 Cero del controlador PD: z d =-4 Cero del controlador PI: z i = Time (sec)