Sistemas de Control. Control de Sistemas Dinámicos

Transcripción

1 Sstems de Control Control de Sstems Dnámcos ISA-UMH Lus M. Jménez 1 Defncón n de Control Mnpulr ls mgntudes de un sstem (plnt) pr consegur uns especfccones de comportmento desedo El dspostvo que relz est tre de form utomátc se denomn un sstem de control OPERADOR SISTEMA DE PLANTA CONSIGNAS SEÑALES DE RESPUESTA 2

2 Ejemplos 3 Control en Velocdd Motor DC & b m m K e K T & & && m K V R dt d L K b J + + J J V t V f t f,, ), ( ), ( & & V K K J J V,, & & Régmen Estconro Ejemplos

3 Tpos de Sstems de Control Según n el tpo de señles que ntervenen en l plnt controlr: Sstems de Control Anlógcos: Señles de tpo contnuo (presón, tempertur, velocdd, etc.) Sstems de Control Dgtles: Señles muestreds (computdor). Utlzn conversores A/D, D/A Sstems de Control Secuencles Dscretos: Señles bnrs (todo o nd) sólo s pueden representr dos estdos o nveles. Controldor Lógco L (PLC) Sstems de Control HíbrdosH 5 Temro (1) Control de Sstems Dnámcos: 1. Introduccón l teorí de control. 1. Qué es un sstem de control?. Objetvos 2. Elementos que lo componen 3. Estrtegs de control 4. Etps en el dseño de un sstem de control 2. Herrments Mtemátcs. 1. Trnsformd de Fourer 2. Trnsformd de Lplce 3. Modeldo de Sstems Dnámcos. 1. Señles y sstems contnuos y dscretos 2. Funcón de trnsferenc 3. Dgrms de bloques 4. Lnelzcón 6

4 Temro (2) Control de Sstems Dnámcos: 4. Análss de sstems dnámcos en bucle berto. 1. Respuest trnstor en sstems de 1er orden: Impulso, Esclón 2. Respuest trnstor en sstems de 2º orden: Impulso, Esclón - Sstems submortgudos y sobremortgudos 3. Respuest trnstor en sstems de orden superor 4. Especfccones Temporles 5. Respuest en régmen permnente. Errores 6. Estbldd (Routh) 7. Respuest Frecuencl (Bode) - Sstems de 1er orden - Sstems de 2º orden 7 Temro (3) Control de Sstems Dnámcos: 5. Análss de Sstems Relmentdos. 1. Estbldd: - Cretro de Routh (temporl) - Crtero de Nyqust (frecuencl). Márgenes de estbldd 2. Régmen permnente - Constntes de error 3. Régmen trnstoro temporl - Lugr de ls ríces 1. Régmen trnstoro frecuenc - Círculos M y N 8

5 Temro (4) Control de Sstems Dnámcos: 5. Dseño de reguldores PID en el domno temporl (lugr de ls ríces) 1. Especfccones temporles 2. Crtero del módulo, crtero del rgumento 3. Accones báscs de control: P, PI, PD, PID 6. Dseño de reguldores en el domno de l frecuenc. 1. Especfccones frecuencles 2. Red de trso de fse 3. Red de delnto de fse 4. Red de delnto/trso de fse 9 Práctcs de Control 1. Introduccón n Mtlb 2. Introduccón n Smulnk 3. Aspectos vnzdos Mtlb/Smulnk 4. Funcón n de trnsferenc 5. Estudo de los sensores de un servomotor 6. Identfccón n de un servomotor 7. Sstems de segundo orden 8. Control en smulcón n de un servomotor con PID 9. Control de un servomotor con PID ndustrl 10. Control de un servomotor con PLC 10

6 Bblogrfí (II) Control de Sstems Dnámcos: - "Sstems Automátcos tcos ", Mrtínez Irnzo y otros, Vlenc Unversdd Poltécnc de Vlenc "Ingenerí de control modern", ",Ogt, Ktsuhko, " Prentce-Hll D.L "Sstems de control utomátcos tcos de control", Kuo, Benjmn C., Méxco M [etc.] Prentce Hll cop "Apuntes de sstems de control", Ñeco Grcí,, R. P., Club Unverstro "Problems de ngenerí de control utlzndo MATLAB", Ogt, Ktsuhko, Mdrd Prentce-Hll cop "Control de sstems contnuos problems resueltos", Brrentos, Antono, Mdrd McGrw-Hll cop Qué es un Sstem de Control?

7 Introduccón SISTEMA: Conjunto de elementos físcos o bstrctos relcondos entre sí S vr lgun mgntud (vrble proceso) en un elemento, nfluye en los demás > RELACCIONES DINÁMICAS Ejemplo: Introduccón : Consegur que ls vrbles del sstem tengn el comportmento desedo Especfccones: Producto: cld, purez Segurdd Económcs

8 Introduccón Sstem de Control: Precs de un MODELO del sstem o proceso Tpos: Axomátcos: ecucones físcs Empírcos: expermentles, modelo de cj negr Exctcón? Respuest Introduccón Elementos que componen un Sstem de Control: Modelo del Sstem: Vrbles Controlds: Vrbles que descrben el comportmento del proceso y que deben cumplr uns especfccones (SALIDAS) Vrbles Mnpulds: Vrbles del proceso sobre ls que podemos ctur e nfluyen sobre ls vrbles controlds (ENTRADAS) Perturbcones: Vrbles que nfluyen en ls vrbles controlds y sobre ls que no se puede ctur MANIPULADAS PROCESO o PLANTA ADAS

9 Introduccón Ejemplo: Vrbles Controlds: Tempertur del producto de sld Vrbles Mnpulds: Apertur de l válvul del ntercmbdor de clor (cudl) Perturbcones: Cudl de entrd Tª del producto de entrd Tª del cete Presón del cete Introduccón Elementos que componen un Sstem de Control: Actudores: Conversón de mgntudes físcs y mplfccón (Energí) de ls vrbles mnpulds Sensores: Conversón y condconmento de ls vrbles controlds en mgntudes eléctrcs Reguldor/Controldor: Cálculo de l ccón de control MANIPULADAS ADAS SEÑALES DE CONSIGNA REGULADOR ACTUADORES/ ACCIONAMIENTOS PROCESO / PLANTA SENSORES Elementos de señl ACCIONES DE ENERGIA Elementos de potenc

10 Introduccón Especfccones Vrbles Controlds: ESTABILIDAD: Respuest cotd nte entrd cotd (Routh, Nyqust) PRECISIÓN: dferenc entre el vlor esperdo y el rel Régmen Permnente: (constntes de error) Régmen Trnstoro: osclcones, velocdd, (Lugr de ls ríces, Bode) ROBUSTEZ: Sensbldd de l vrble controld : Perturbcones Incertdumbre en el modelo Introduccón Estrtegs de Control: Control en Bucle Aberto: Se bs solo en l nformcón del modelo de l plnt y los ctudores No es cpz de bsorber errores en el modelo o ls perturbcones MANIPULADAS ADAS SEÑALES DE CONSIGNA SISTEMA DE ACTUADORES/ ACCIONAMIENTOS PROCESO / PLANTA SENSORES ACCIONES DE

11 Estrtegs de Control: Introduccón Control en Bucle Cerrdo (Relmentdo): Tene en cuent el vlor rel de ls vrbles controlds y no solo el modelo Permte bsorber ls perturbcones (bj sensbldd) Permte bsorber pequeños errores en el modelo SEÑALES DE CONSIGNA ENTRADAS SISTEMA DE SALIDAS Accón n de ACTUADORES/ ACCIONAMIENTOS MANIPULADAS PLANTA ADAS INTERFACES SENSORES REALIMENTACIÓN Introduccón L relmentcón tene un efecto generlmente postvo: Estbldd Precsón Velocdd Robustez REFERENCIA + - Reguldor Accón n de ACTUADORES MANIPULADAS PLANTA ADAS SENSORES REALIMENTACIÓN

12 Introduccón Ejemplo: depósto con control todo/nd con hstéress Especfccones: mntener el nvel en h ref Ecucón del Reguldor: q e h < href Δ Abrr válvul h > href + Δ Cerrr válvul href Δ < h < href + Δ Conser vr estdo prevo h ref h q s f(h) Introduccón Respuest: h ref Δ

13 Reguldor de Wtt Ejemplos 25 Etps en l solucón de un problem de control: SISTEMA FÍSICO MODELO DEL SISTEMA - Axomátco: Ec. Dferencles - Empírco: expermentl - IDENTIFICACIÓN Ensyo IMPLEMENTACIÓN: - Actudores - Sensores - Conversores A/D, D/A - Prog. Computdor ESPECIFICACIONES: -Temporles - Frecuencles OK No Cumple Especfccones SIMULACIÓN A PARTIR DEL MODELO - ESQUEMA DE - CÁCULO REGULADOR