clase control
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ControlTRANSCRIPT
ControlIntroducción
Breve reseña histórica
-350 Reloj de agua. (Ktesibios). 50 Pneumàtica Autómata1624 Incubadora. (Drebbel).1728 Regulador de velocidad. (Watt).1868 Estabilidad del Regulador.(Maxwell). 1877 Criterio de estabilidad.(Routh).1890 Estabilidad nolineal. (Lyapunov).1932 Criterio de estabilidad. (Nyquist).1938 Métodos frecuenciales. (Bode).1942 Sintonía de PID’s. (Ziegler-Nichols).1947 Sistemas muestreados. (Hurwitz).1948 Lugar de Raíces. (Evans).
Regulador de temperatura inventado por el alemán Cornelius Drebbel (1572-1663)
Al regulador centrifugo de James Watt (1736 -1819) se le puede tomar como el punto de partida del desarrollo del control automático como disciplina científica
Máquina de Vapor con regulador de Watt
OBJETIVO , FINALIDAD DEL CONTROL
Ej : Estanque agua.
Planta
Variables en un sistema de control
Variable controlada Variable manipulada Perturbaciones
Objetivo del controlEn clase
Esquemas básicos de controlRed abierta .Red cerrada
RED ABIERTA
RED CERRADA MANUAL
RED CERRADA AUTOMÁTICA
RED CERRADA AUTOMÁTICA
Representación en Bloques Red CerradaRed Abierta
Sistema de control en lazo cerrado
Sistema de control en lazo abierto
Comparación lazo abierto y cerrado
En clase
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN SISTEMA
La función de transferencia de un proceso o elemento es la relación entre la transformada de Laplace de la salida C(s) y la transformada de Laplace de la entrada R(s) con condiciones iniciales nulas.
La función de transferencia del sistema es invariante, es decir, para cualquier entrada que se produzca en el sistema, la salida que se obtiene siempre está relacionada con la entrada a través de la función de transferencia.
Numerador de G(s)= 0 Ceros de G(s)
Denominador de G(s)=0 Polos de G(s)
REPRESENTACIÓN DE SISTEMAS DIAGRAMA DE BLOQUES
Representación gráfica de un conjunto de relaciones lineales. Consta de bloques, puntos suma y puntos de separación (bifurcación)
(c) Punto separación Punto suma Bloque
Diagrama de bloques de un sistema de realimentación negativa no unitaria
G(s)
La característica fundamental que se debe cumplir es que la función de transferencia del diagrama sustituido debe ser igual al original. A continuación se muestran algunas simplificaciones:
Diagrama de Flujo de Señal
Representación gráfica de un conjunto de relaciones lineales. Consta de ramas y nodos
R T C T: ganancia de rama
nodo rama nodo
Regla de Σ Pk Δk
Mason T= Δ
Pk : Producto de las K-simas trayectorias hacia adelante
Δ : Determinante del sistema
Δ = 1-(Σ Ln)+(ΣLrLt)-(ΣLqLfLw)+(…)-(…)+ donde
Σ Ln : Suma del producto de la ganancias de rama de las redes individuales
ΣLrLt : Suma del producto de las ganancias de rama de 2 redes individuales que no se tocanΣLqLfLw : Suma………… de 3 redes …………
(……..) : Suma………… de 4 redes …………
Δk : Cofactor de Δ
RESPUESTA TEMPORAL
Dado el sistema
El sistema puede ser excitado con distintas señales de entrada r(t).Las más utilizadas son las funciones impulso unitario, escalón unitario, rampa unitaria y sinusoidal de amplitud unitaria.
Impulso Escalón Rampa Sinusoidal
SISTEMAS DE PRIMER ORDEN
Constante de tiempo K =1 t = T
SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN
Respuesta ante una entrada escalón
OSCILATORIO ζ = 0
SUBAMORTIGUADO 0 < ζ < 1
CRITICAMENTE AMORTIGUADO ζ = 1
SOBREAMORTIGUADO ζ > 1
Derivando las respuestas temporales anteriores se puede obtener la respuesta del sistema ante entrada impulso.
Ej:
Medidas (índices de comportamiento)
tr = 1,8 Wn
SP = 100 Mp
SISTEMAS DE ORDEN SUPERIOR
El comportamiento de los sistemas de orden superior, es decir, de aquellos que poseen tres o más polos,depende fundamentalmente del carácter de los polos más lentos del sistema. Los polos más lentos son los que se encuentran más cerca del eje imaginario en el plano complejo S.
Por norma general se puede admitir que los polos que se encuentren cinco veces más alejados (del eje imaginario) que los polos más lentos , tienen una influencia en la respuesta temporal del sistema prácticamente despreciable. En este caso, los polos lentos se denominan polos dominantes del sistema.
ERROR EN RÉGIMEN PERMANENTE
ess= lim s[R(s) – C(s)] s 0
ess= lim s[1 – T(s)]R(s) Cambio de referencia s 0Si la realimentación es unitaria
El valor del error dependerá de la forma de la entrada y del tipo del sistema.
Error de posición
Error de velocidad
Error de aceleración
ess debido a una perturbación
ess= - lim s C(s) con C(s) = -Tp(s)P(s) s > 0
Estabilidad absoluta de sistemas linealesde tiempo continuo.
En el sistema
La ecuación característica del sistema en Lazo Cerrado es
1+Gc(s)G(s)H(s) = 0
Si alguna raíz de esta ecuación tiene parte real positiva ,el sistema es inestable
Criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz
Para la ecuación característica
Condición necesaria pero no suficiente para la estabilidad:
Todos los coeficientes de igual signo y distintos de cero
Condición necesaria y suficientePara la ecuación característica
Debe aplicarse el siguiente arreglo: (arreglo R-H)
Las primeras filas se obtienen directamente del polinomio característico, el resto de coeficientes se obtienen según las expresiones:
De este modo la condición necesaria y suficiente para que un sistema sea estable es:
Todos los coeficientes de la primera columna del algoritmo de formación deben de ser del mismo signo
Hay tantos polos con parte real positiva como cambios de signo aparecen a la largo de la primera columna de Routh-Hurwitz.
Casos especiales en el algoritmo de Routh.
1) Un término de la primera columna es cero
2) Todos los coeficientes de una fila son Cero :