Introducción al modelado de Sistemas de Control
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
Sistema de control en lazo abierto
Sistema de control en lazo cerrado
Sistema de control en lazo cerrado
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
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.
Bloques fundamentales
Bloques fundamentales
Combinación de bloques básica
Ejemplo (cont.). Tm<Td: calentar Acción Tm>Td: enfriar Td: Temp. deseada + Control - Tm: Temp. de la vivienda Sensor
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL REALIMENTADO
Elementos de un sistemas de Comparador control Referencia + Error Control Acción Salida - Controlador Actuador Planta Medida Sensor
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).
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).
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.
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).
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).
Subsistemas Cadena directa Referencia + - Controlador Actuador Planta Salida Sensor Cadena de realimentación
Zona de baja energía Zona de alta energía Referencia + - Controlador Actuador Planta Salida Sensor
Dominio discreto Dominio continuo Referencia + - PC/µC D/A Planta Salida A/D
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.
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.
Cuándo es necesaria la Inestabilidad. Oscilación excesiva. Lentitud. compensación? Sensibilidad ante perturbaciones. Error en régimen permanente.
Repuesta inestable: La salida del sistema no está acotada.
Repuesta oscilatoria: La salida del sistema presenta picos de oscilación que no son admisibles.
Repuesta lenta: La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valor deseado.
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.
Tipos de compensación Compensación en serie. Compensación en paralelo o en realimentación. Compensación de perturbaciones. Compensación de entrada/salida
Compensación en serie: El controlador se sitúa en serie con la planta. Referencia + - Controlador Planta Salida
Compensación en paralelo: El controlador se sitúa en la cadena de realimentación. Referencia + - Planta Salida Controlador
Compensación de perturbaciones: El controlador trata de anular el efecto de alguna perturbación. Perturbación Controlador Referencia + - Planta Salida
Compensación de entrada: Referencia Controlador + - Planta Salida Compensación de salida: Referencia + Planta - Controlador Salida
Función de transferencia
Función de transferencia
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Draw simple block diagrams for the control systems
Draw simple block diagrams for the control systems