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SANTO DOMINGO, RD

CICLO AGO - DIC 2015

rea de Ingeniera

Prof. Mximo Domnguez

BASE CONCEPTUALINSTRUMENTACIN

UNIVERSIDAD AUTNOMADE SANTO DOMINGO

http://www.google.com.do/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCInK_f2q08cCFYodHgodhZwGhg&url=http%3A%2F%2Fartesisuasd2007.blogspot.com%2F2007%2F10%2Flogo-de-la-uasd.html&ei=V0rkVfXaMMHZeMihr7AJ&psig=AFQjCNGhEz5pMUIBJpJJb8lpTun8jXxNiA&ust=1441111004444862

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UNIDAD

CONCEPTOS BSICOS Y TERMINOLOGASISTEMAS DE CONTROL

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INTRODUCCIN

LA AUTOMTICA O CONTROL (AUTOMTICO) DE SISTEMAS : Trata deregular, con la mnima intervencin humana, el comportamiento dinmico de unsistema mediante rdenes de mando.

SISTEMA : Conjunto de elementos, fsicos o abstractos, relacionados entre s, deforma que las modificaciones o alteraciones en determinadas magnitudes puedeninfluir o ser influenciadas por los dems.

VARIABLES DEL SISTEMA : Magnitudes que definen el comportamiento deun sistema. Su naturaleza define el tipo de sistema .[mecnico, qumico, elctrico, electrnico, biolgico, econmico, trmico,]

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INTRODUCCIN [Cont.]

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VARIABLES DE UN SISTEMA :

Son seales que tienden aafectar adversamente elvalor de la salida de unsistema.

Conjunto mnimo de variables del sistema, tal que, conocido su valoren un instante dado, permiten conocer la respuesta (Variables deSalida) del mismo ante cualquier seal en entrada o perturbacin.

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INTRODUCCIN [Cont.]

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EJEMPLO DE UN SISTEMA :

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INTRODUCCIN [Cont.]

CONTROL MANUAL :

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LentoInseguroPoco Preciso

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INTRODUCCIN [Cont.]

PLANTA : Es un equipo, quizs un juego de piezas de una mquina,funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operacin

determinada. Es cualquier objeto fsico que deba controlarse [horno, reactor,motor, caldera, nave espacial,].

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PROCESO : Cualquier seriede operaciones que se deseacontrolar con un fin

determinado.

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INTRODUCCIN [Cont.]

CONTROL REALIMENTADO : Es una operacin que, en presencia deperturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y

alguna entrada de referencia, realizndolo sobre la base de esta diferencia.

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SERVOMECANISMO : Es unsistema de control realimentado en elcual la salida es una magnitud de

tipo mecnico [posicin, velocidad oaceleracin].

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TIPOS DE SISTEMAS

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CLASIFICACIN DE ACUERDO AL MODELO MATEMTICO

1. Sistemas Lineales Clsicos :

Su modelo matemtico es un conjunto de ecuaciones diferenciales lineales concoeficientes constantes. Su forma es la siguiente :

pcdt

dpc

dt

pdc

dt

pdcxb

dt

dxb

dt

xdb

dt

xdbya

dt

dya

dt

yda

dt

yda

v

v

vv

v

vm

m

mm

m

mn

n

nn

n

n 011

1

1011

1

1011

1

1

m, n y v son enteros positivos. son coefientes constantes. y es lavariable de salida, xes la variable de entrada ypes la perturbacin.iii

cba ,,

2. Sistemas Lineales Particulares :

Sistemas Multivariables : Admite dos o ms variables de salida y de entrada. Lorepresenta un conjunto de ecuaciones diferenciales, modeladas en forma

matricial. [Teora de Control Moderno].

Sistemas con Tiempos Muertos: Se observa respuesta pasado un retardo despusde aplicar la seal de entrada.

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TIPOS DE SISTEMAS [Cont.]

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2. Sistemas Lineales Particulares [Cont.]:

Sistemas por Muestreo [Sistemas Digitales, de Tiempo Discreto o simplementeDiscretos]: Contienen un elemento [muestreador] que transforma una sealcontinua en una serie de pulsos. Es posible considerar que la amplitud de lospulsos depende de la amplitud de la seal de entrada o que la duracin de lospulsos es proporcional a la amplitud de la seal de entrada. En alguna etapaposterior, el sistema puede reconstituir la respuesta a su forma anloga.

Sistemas de Parmetros Variables : Son descritos por ecuaciones diferencialeslineales en donde uno o varios coeficientes aio bison funciones del tiempo.

Sistemas de Parmetros Repartidos : Las ecuaciones que describen estos sistemascontienen derivadas parciales. Ej. La transmisin de una seal elctrica en un

lnea larga.3. Sistemas No Lineales :

Son descritos por ecuaciones no lineales. No existe una regla general para sutratamiento, ya que su estudio depende del tipo de no linealidad.

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SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO

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SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO : En estos sistemas, la salidatiene un efecto directo sobre la accin de control [implica siempre el uso de la

accin de control retroalimentado para reducir el error del sistema]. Ej.acondicionador de aire, regulador de tensin, etc

Veamos un caso :

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SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO

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SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO: En estos sistemas, la salida notiene efecto sobre la accin de control [la salida ni se mide ni se retroalimenta

para compararla con la entrada]. Ej. lavadora, semforo, etc.

Veamos un caso :

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INTEGRACIN DE SISTEMAS

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COMPONENTES BSICOS DE SISTEMA AUTOMTICO:

ELEMENTOS BSICOS A CONSIDERAR: Objetivo, Planta o Proceso,sensores, actuadores, subsistema de comunicaciones, subsistema de computacin[DCS, PLC, PC, CONTROLLER, SCADA, ], configuracin de interfaces,algoritmos, perturbaciones e incertidumbres.

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PRIMEROS EJEMPLOS DE CONTROL

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1. PRIMEROS EJEMPLOS DEL CONTROL AUTOMTICO:

Reloj de Agua, Ktesibio [Flotador] 270 a.C.

Lmpara de Aceite de Nivel Constante [Philon de Byzantium] 250 a.C.

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PRIMEROS EJEMPLOS DE CONTROL [Cont.]

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2. PRIMEROS EJEMPLOS DEL CONTROL AUTOMTICO:

Mquina de Vapor la invent James Watt en 1769[Regulador Automtico de Velocidad]

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PRIMEROS EJEMPLOS DE CONTROL [Cont.]

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3. PRIMEROS EJEMPLOS DEL CONTROL AUTOMTICO:

Los hermanos Wright resolvieron como equilibrar y maniobrar. Volaron elKITTY HAWK el 17 de diciembre de 1903.

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PRIMEROS EJEMPLOS DE CONTROL [Cont.]

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4. PRIMEROS EJEMPLOS DEL CONTROL AUTOMTICO:

G. Philbrick comercializ, en 1952, el primer Amplificador Operacional[Electrnica Anloga]

T. Hoff de Intel desarrolla, en 1971, el Procesador 4004[Electrnica Digital]

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APLICACIONES DE CONTROL Y RESULTADOS

Procesos IndustrialesTransporte

- Automviles- Trenes- Barcos

- Aviones- Naves EspacialesGeneracin de EnergaTransmisin de EnergaMecatrnicaInstrumentacin

Equipos ElectrnicosEconomaMedicinaEtc.

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UNA ESTRATEGIA DE CONTROL ADECUADAES LA CLAVE TECNOLGICA PARA LOGRAR :

PRODUCTOS DE MAYOR

CALIDAD

MINIMIZACIN DE

DESPERDICIOS

PROTECCIN DEL

MEDIO AMBIENTE

MAYOR RENDIMIENTO EN

CAPACIDAD INSTALADA

INCREMENTO EN MARGEN

DE SEGURIDAD

ETC.

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LINEALIDAD

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Concepto de Sistema Lineal :

En un sistema lineal existe una relacin de proporcionalidad entre la variable deentrada y la variable de salida. Veamos el siguiente ejemplo :

+

VR

I

1/Rv i

v

i

+

VR

P1/R

v p()

2

v

p

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LINEALIDAD [Cont.]

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Concepto de Sistema Lineal [Cont.] :

Para decidir si un sistema es o no lineal, lo que interesa es la ecuacinmatemtica que lo describe. En una ecuacin lineal aparecen las variablesdependientes o sus derivadas elevadas a la primera potencia, adems noaparecen en trminos con productos, cocientes o funciones trascendentes (dedichas variables).

Veamos algunos ejemplos de ecuaciones lineales y no lineales :

xzdt

dz

zydt

dy

tydt

dy

dt

yd

xtydt

dyt

xydt

dy

dt

yd

626

543

3cos9624

643

9624

2

2

2

2

2

xsenydt

dy

dt

yd

xydt

dyx

xydt

dy

3log435

422

653

2

2

2

No Lineales

x, y, zson variablesdependientes y tesla independiente.

Lineales

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LINEALIDAD [Cont.]

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Propiedades de un Sistema Lineal :

Principio de Superposicin: Si en un sistema lineal actan simultneamente dosseales de entrada,x1yx2, la seal de salida puede calcularse sumando las sealesde salida, y1 y y2, que se tendrn debido a las entradas x1 y x2 si stas actuaranseparadamente. Principio de Homogeneidad : Si al

aplicar una entrada x a un sistema, steresponde con una salida y, y al aplicar

una entrada ax, donde aes una constantereal cualquiera, la salida ser ay.

Sean las seales de salida de un

sistema y1, y2,

, yn, cuando lasentradas son x1, x2, , xn,respectivamente, entonces lasalida del sistema sera1y1+a2y2++anyn cuando laentrada sea a1x1+a2x2++anxn.

Definicin de Linealidad

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GRACIAS POR SU ATENCIN