primera clase control

Prof. Basilio Valenzuela de la Cruz

*INGENIERIA DE CONTROLUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA UNI-PERU 2014

Mtodo de calificacin

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04 Prcticas Calificadas 01 Examen Parcial01 Examen FinalExamen Sustitutorio


*Bibliografa

INGENIERIA DE CONTROL MODERNA. Katsuhiko Ogata. Prentice Hall.

SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL. Benjamin C. Kuo. CECSA.

SISTEMAS DE CONTROL MODERNO. R. Dorf. Addison Wesley.


*Relevancia de los sistemas de control

El control automtico juega un papel muy importante en el avance de la ingeniera y la ciencia.El control automtico es una disciplina de la ingeniera elctrica relativamente joven. Se ha venido usando desde la segunda guerra mundial con gran xito.En la gran mayora de las industrias, el control automtico viene a satisfacer las necesidades que se presentan para poder operar de manera satisfactoria.


Aplicaciones ModernasVehculos Espaciales

En los vuelos espaciales, los sistemas de control son de gran utilidad: Sirven para que el vehiculo siga fielmente la trayectoria (hiperblica) deseada de vuelo, la velocidad de escape necesaria para vencer la fuerza de gravedad, y a la vez, contrarrestar el efecto del viento sobre el vehiculo espacial.*


Aplicaciones ModernasSatlites

En los satlites que orbitan la tierra, los sistemas de control son muy tiles: Sirven para cuando el satlite gire de una posicin a otra, los paneles solares, los cuales son flexibles, no oscilen, y de esta forma los paneles solares no se estresen y as evitar una futura fisura en el satlite.*


Aplicaciones ModernasMisiles

Los misiles son pioneros en la aplicacin del control automtico: El control automtico se usa para controlar la trayectoria predefinida a seguir, al igual que la velocidad para, a la vez como contrarrestar las rfagas de viento y de esta forma poder dar en el blanco propuesto.*


Aplicaciones ModernasRobots

En el rea de la robtica, el control juega un papel central: Por ejemplo en la foto se presenta un robot caminador diseado por Honda, en donde el control automtico balancea al robot para que este guarde el equilibrio y no se caiga.*


Aplicaciones ModernasIngeniera Biomdica

En el rea de la Biomdica, el control juega un papel muy importante: Por ejemplo, la administracin de insulina en los enfermos de diabetes se est realizando de forma automatizada.*


Aplicaciones IndustrialesMaquinas de Control Numrico

Las maquinas de control numrico sirven en la manufactura de piezas de diseo muy particular o nico, usando materiales como acrlico, cobre, entre otros: Estas maquinas usan el control automtico para posicionar correctamente las distintas herramientas que se requieran en la manufactura de una pieza.*


Aplicaciones IndustrialesAhorro de energa

Los motores elctricos en la industria son los principales consumidores de energa en donde el control automtico juega de nuevo un papel importante: El control automtico puede minimizar de manera optima los consumos de energa de los motores elctricos, adems de mantener sus velocidades constante sin importar las variaciones de la cargas que estn soportando.*


Aplicaciones IndustrialesCuartos limpios

Los cuartos limpios son usados en la manufactura de nano-tecnologa, medicamentos, laboratorios de animales, etc.: El control automtico regula varios parmetros que hacen de estos cuartos que sean limpios, tales como la temperatura, humedad, partculas suspendidas, luminosidad, etc.*


Aplicaciones IndustrialesIndustria automotriz

En la industria automotriz, el control automtico est jugando un papel muy importante que marca los avances de la tecnologa automotriz: El control automtico se usa en la inyeccin electrnica de combustibles, frenos abs, bolsas de aire, control de velocidad de crucero, entre otros.*

*ACCIONES BASICAS DE CONTROL

*Control manual

*PID Industriales.Ejemplos:

*Control automtico


*Variables controlables:

Posicin, velocidad, temperatura, humedad, luminosidad,flujo, presin, voltaje, corriente, etc.


*CONCEPTOS BASICOSSistema.- Es una combinacin de componentes que actan conjuntamente y cumplen un objetivo especfico. Por lo que podemos encontrar sistemas mecnicos, elctricos, biolgicos, qumicos, econmicos, etc.

Sistema de control en lazo abierto.- Son en los que la salida no afecta la accin de control. Por ejemplo, la lavadora es un sistema en lazo abierto ya que opera sobre una base de tiempo, y la salida, es decir la limpieza de la ropa no afecta a esta.


*Sistema de control en lazo cerrado.- Son en los que se mantiene una constante medicin de la seal de salida, la cual es comparada con una seal deseada o de referencia. La diferencia existente entre ambas seales se le conoce como error, el cual es minimizado mediante un controlador.


*Sistema de control en lazo cerrado


*Criterios a tomar en cuenta:Rechazo de perturbaciones.Errores en estado estable.Respuesta transitoria.Sensitividad al cambio de parmetros de la planta.

Etapas requeridas:Seleccin de sensores para retroalimentar seales.Seleccin de actuadores para manipular la planta. Determinar el modelo de la planta, sensores y actuadores.Desarrollar el controlador en base al modelo obtenido y los criterios de control.Realizar simulaciones.


*Variable de referencia.- Es lo que se desea ver reflejado en la salida o en la variable controlada.Variable de error.- Es la desviacin de la salida o variable controlada con respecto a la variable de referencia.Variable de control.- Es la cantidad o condicin modificada por el controlador.Variable controlada.- Cantidad o condicin que se mide y controla.Perturbacin.- Es una seal que puede ser interna o externa y tiende a afectar adversamente el valor de la salida de un sistema.


*Sistema de control de posicin en lazo cerrado de un Robot de una sola articulacinObjetivos: Hacer que la salida del sistema (posicin theta) sea lo ms cercana posible a la referencia deseada, esto es, hacer el error lo mas pequeo posible.Claves: 1) Como describir el sistema a ser controlado 2) Como disear el controlador

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PROBLEMA

Una pinza de robot, que se muestra en la Fig. se controla de tal forma que se cierra un angulo utilizando un sistema de control de motor de cc controlado por campo.a) Dibuje el diagrama de bloques del sistema incluyendo Td.b) Determine la funcin de transferencia (s) / d(s). c) Determine la funcin de transferencia (s) / Td(s). (Td es la perturbacin en la carga).

*Datos:Potencimetros: KpGanancia del amplificador diferencial : 1Ganancia del amplificador de potencia : KMotor cc : Rf, Lf, Km, bm, Jm.Carga: b, J.


*En el ejemplo anterior, la variable controlada es el ngulo o la posicin del brazo. En este caso en particular, cuando la variable controlada es la posicin fsica de un objeto, al controlador se le conoce como Servo-Controlador y al dispositivo corrector final de posicin se le conoce como Regulador.


*Sistemas de control

Sistemas de control lineal.- Estos sistemas cumplen con el principio de superposicin. Este principio establece que la respuesta producida por la aplicacin simultnea de x funciones de entradas diferentes es la suma de las x respuestas individuales.Sistemas de control no lineal.- Son los sistemas en los que no aplica el principio de superposicin.Sistemas de control discreto.- Son aquellos en los que se desean implementar en un medio digital, para lo cual se necesita una descripcin discreta de la planta.


*Tcnicas de control

Control ptimo.- La ley de control se desarrolla en base a la minimizacin de criterios. Por ejemplo se pueden usar criterios de energa, error, etc.Control adaptivo.- Cuando se desconocen parmetros de la planta, la ley de control se construye en base a esta incertidumbre, cumpliendo con los objetivos del control y adems entregando una estimacin de los parmetros desconocidos.Control inteligente.- Incluye tcnicas como Redes Neuronales, Lgica Difusa, Algoritmos Genticos, etc, o una combinacin de estas.

SITEMAS DE CONTROL

EJEMPLOS

SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO DE UN SISTEMA TERMICO

SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Y DIAGRAMA DE BLOQUES*

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DE UN AMBIENTE Y DIAGRAMA DE BLOQUES*

REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL1.- DEBE SER ESTABLE

2.- LAS RESPUESTAS DEBEN SER RAZONABLEMENTE RAPIDAS Y RAZONABLEMENTE AMORTIGUADAS

3.- LOS ERRORES (SI LOS HAY) SE DEBEN REDUCIR A UN MINIMO TOLERABLE

CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS

El objetivo del control automtico de procesos es mantener en determinado valor de operacin las variables del proceso tales como: temperaturas, presiones, flujos y compuestos. Los procesos son de naturaleza dinmica, en ellos siempre ocurren cambios y si no se emprenden las acciones pertinentes, las variables importantes del proceso, es decir, aquellas que se relacionan con la seguridad, la calidad del producto y los ndices de produccin, no cumplirn con las condiciones de diseo.

En este proceso existen muchas variables que pueden cambiar, lo cual ocasiona quela temperatura de salida se desve del valor deseado

si esto llega a suceder, se debenemprender algunas acciones para corregir la desviacin; esto es, el objetivo es controlarla temperatura de salida del proceso para mantenerla en el valor que se desea.

se presentan los cuatro componentes bsicos de todo sistemade control, stos son:1. Sensor, que tambin se conoce como elemento primario.2. Transmisor, el cual se conoce como elemento secundario.3. Controlador, que es el cerebro del sistema de control.4. Elemento final de control, frecuentemente se trata de una vlvula de control aunqueno siempre.

Otros elementos finales de control comnmente utilizados sonlas bombas de velocidad variable, los transportadores y los motores elctricos.La importancia de estos componentes estriba en que realizan las tres operaciones basicasque deben estar presentes en todo sistema de control; ,estas operaciones son:

1. Medicin (M): la medicin de la variable que se controla se hace generalmentemediante la combinacin de sensor y transmisor.2. Decisin (D): con base en la medicin, el controlador decide que hacer para mantenerla variable en el valor que se desea.3. Accin (A): como resultado de la decisin del controlador se debe efectuar unaaccin en el sistema, generalmente sta es realizada por el elemento final de control.

En el intercambiadorde calor que se muestra en la figura 1-2, las posibles perturbaciones sonla temperatura de entrada en el proceso, T(t), el flujo del proceso, q(t), la calidad de laenerga del vapor, las condiciones ambientales, la composjcin del fluido que se procesa,la contaminacin, etc.

El objetivo del sistema de control automtico de proceso es utilizar la variable manipuladapara mantener a la variable controlada en el punto de control a pesar de lasperturbaciones.

CONTROL REGULADOR Y SERVOCONTROLEn algunos procesos la variable controlada se desva, del punto de control a causa de lasperturbaciones. El trmino control regulador se utiliza para referirse a los sistemas diseadospara compensar las perturbaciones.

A veces la perturbacin ms importante es el punto de control mismo, esto es, el punto de control puede cambiar en funcin del tiempo (lo cual es tpico de los procesos por lote), y en consecuencia, la variable controlada debe ajustarse al punto de control; el trmino servocontrol se refiere a los sistemas de control que han sido diseados con tal propsito.

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