Automatización de Procesos/Sistemas de Control Ing. Biomédica e Ing. Electrónica Capitulo I Introducción

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1 Automatización de Procesos/Sistemas de Control Ing. Biomédica e Ing. Electrónica Capitulo I Introducción D.U. Campos-Delgado Facultad de Ciencias UASLP Enero-Junio/2014 1

2 CONTENIDO Conceptos Básicos Propiedades de los Sistemas de Control Lazo Abierto Lazo Cerrado 2

3 Variable controlada es la cantidad o condición que se mide y se controla (salida del proceso). Ej.: Temperatura, Velocidad, Posición angular, Flujo de un gas o ĺıquido, Presión sanguínea, Ritmo cardiaco, etc. 3

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5 Variable manipulada es la cantidad o condición modificada por la ley de control a fin de afectar la variable controlada (entrada del proceso). Ej.: Voltaje aplicado a un compresor, Voltaje aplicado a un motor, Válvula de paso, Voltaje aplicado a una servo-válvula, Tasa de infusión de insulina o bolo de insulina inyectada, etc. 5

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7 Planta: cualquier objeto físico o fenómeno que se desea controlar. Ej.: Cámara de enfriamiento, Incubadora, Reactor químico, Respuesta del cuerpo humano para la anestesia, Vehículo eléctrico, etc. Sistema o proceso: combinación de componentes que actuan conjuntamente y cumplen un determinado objetivo. Valor de referencia o set-point: nivel deseado de la variable controlada que se tiene como objetivo alcanzar dentro de la estructura de control. 7

8 Error: señal indicadora de la diferencia entre el valor de referencia y el valor actual de la variable controlada. Generalmente se adopta al error como la diferencia entre la referencia y la medición de la variable controlada. En general, un sistema de control puede implementarse con 2 filosofías: Control analógico: utiliza sistemas mecánicos, eléctricos o electrónicos para implementar el algoritmo de control. Control digital: utiliza un convertidor A/D para digitalizar las mediciones de la variable controlada y un convertidor D/A para generar una señal asociada con la variable maniupalada, donde el algoritmo de control se implementa de forma digital en un microcontrolador, DSP, programador lógico programable o una computadora. 8

9 Sensor: elemento encargado de medir u obtener información de la variable controlada dentro del sistema y generalmente entrega una señal eléctrica proporcional a la misma. Ej.: Sensor de efecto hall de corriente, Transductor de presión, Tacómetro, Codificador rotatorio (encoder), Medidor de flujo, Electrocardiograma, Sensor continuo de glucosa, etc. 9

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11 Actuador: elemento encargado de procesar la variable manipulada y modificar el estado del sistema. Ej.: Puente-H de potencia, Amplificador, Relevador, Controlador Trifásico de CA, Compresor, etc. En general, se asume que la planta incluye el efecto del actuador y etapa de sensando. 11

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13 Propiedades Primeramente se definen 3 conceptos: Perturbación: fenomeno que tiene un efecto adverso sobre la variable manipulada y se encuentra siempre presente en el proceso, aunque no se conocen sus tiempo de ocurrencia y en general no se puede medir. Incertidumbre: falta de conocimiento acerca del proceso a controlar o del algún parámetro del mismo. Falla: comportamiento anómalo o errático de algunos de los componentes del sistema. Robustez: capacidad del sistema de control de mantener un buen desempeño ante incertidumbre. 13

14 Propiedades Tolerancia ante fallas: propiedad de mantener un desempeño aceptable o al menos no parar el proceso ante una falla. 14

15 Propiedades Sistema SISO (Single-input Single-output): proceso que se caracteriza por tener una sola variable manipulada y una sola variable controlada (una entrada y una salida). Sistema MIMO (Multi-input Multi-output): proceso que tiene más de una variable manipulada y más de una variable controlada (múltiples entradas y salidas). canal de subida (uplink) EB canal de bajada (donwlink) UM 1 UM U UM 2 15

16 Lazo Abierto Sistema de control en lazo abierto: el algoritmo de control calcula con base al conocimiento del sistema y al nivel de referencia, es decir no existe un mecanismo de retroalimentación de información. Ej.: Control de velocidad de un ventilador de piso, Control de iluminación por un lampara, Control de velocidad de una licuadora, etc. En general, los sistemas de control en lazo abierto son de bajo costo, pero en muchas ocasiones imprecisos y muy sensibles ante incertidumbre en la respuesta de la planta. 16

17 Lazo Cerrado Sistema de control retroalimentado o en lazo cerrado: algoritmo encargado de medir el valor de la variable controlada y modificar la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del error. Ej.: Control de temperatura en una camara de refrigeración, Control de temperatura en una incubadora, Control de anestesia durante una operación, Control de velocidad de un vehículo eléctrico, Sistemas auto-regulatorios del cuerpo humano, etc. 17

18 Lazo Cerrado En general, los sistemas de control en lazo cerrado tienen un costo más elevado que su contraparte de lazo abierto, pero se mejora la precisión en la regulación de la variable manipulada, así como la robustez de los mismos. 18

19 Tarea # 1 Describir un sistema de control en lazo abierto y otro en lazo cerrado, y en cada uno: Identificar la variable controlada y manipulada Dibujar de forma esquemática sus componentes e interconexiones. 19