primera clase control
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5/19/2018 Primera Clase Control
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Pro f. Basi l io Valenzuela de la Cruz
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INGENIERIA DE CONTROL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
UNI-PERU 2014
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Mtodo de calificacin
04 Prcticas Calificadas
01 Examen Parcial01 Examen FinalExamen Sustitutorio
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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.
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Relevancia de los sistemas de
control
El control automtico juega un papel muy
importante en el avance de la ingeniera yla 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
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Aplicaciones Modernas
Vehculos 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 deescape necesaria para
vencer la fuerza de
gravedad, y a la vez,
contrarrestar el efecto del
viento sobre el vehiculo5
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Aplicaciones Modernas
Satlites
En los satlites que orbitan la
tierra,
los sistemas de control son
muytiles:
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.6
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Aplicaciones
Modernas
Misiles
Los misiles son pioneros en
la
aplicacin del controlautomtico:
El control automtico se
usa para controlar la
trayectoria predefinida aseguir, al igual que la
velocidad para, a la vez
como contrarrestar las
rfagas de viento y de
esta forma poder dar en7
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Aplicaciones Modernas
Robots
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 y8
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Aplicaciones Modernas
Ingeniera Biomdica
En el rea de la
Biomdica, el control
juega un papel muy
importante:Por ejemplo, la
administracin de
insulina en los
enfermos de diabetesse est realizando de
forma automatizada.
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Aplicaciones Industriales
Maquinas 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 correctamente10
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Aplicaciones Industriales
Ahorro de energa
Los motores elctricos en la
industria
son los principales consumidores de
energa en donde el control
automtico juega de nuevo un papelimportante:
El control automtico
puede minimizar de manera
optima los consumos deenerga de los motores
elctricos, adems de
mantener sus velocidades
constante sin importar las
variaciones de la cargas11
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Aplicaciones
Industriales
Cuartos 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,12
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Aplicaciones Industriales
Industria automotriz
En la industria automotriz, el control automtico estjugando un papel muy importante que marca los avancesde la tecnologa automotriz:
El control automtico se usa en la inyeccin electrnicade combustibles, frenos abs, bolsas de aire, control de
velocidad de crucero, entre otros.13
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ACCIONES BASICAS
DE CONTROL
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Control manual
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PID Industriales.
Ejemplos:
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Control automtico
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Variables controlables:
Posicin, velocidad,
temperatura, humedad,
luminosidad,
flujo, presin, voltaje,
corriente, etc.
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CONCEPTOS BASICOS
Sistema.- Es una combinacin de
componentes que actan conjuntamente ycumplen un objetivo especfico. Por lo que
podemos encontrar sistemas mecnicos,
elctricos, biolgicos, qumicos, econmicos,etc.
Sistema de control en lazo abierto.- Sonen 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 tiem o la salida es decir la
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Sistema de control en lazo
cerrado.- Son en los que semantiene una constante
medicin de la seal de salida, la
cual es comparada con unaseal deseada o de referencia.
La diferencia existente entreambas seales se le conoce
como error, el cual es
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Sistema de control en lazo cerrado
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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
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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
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Sistema de control de posicin en lazo cerrado de un
Robot de una sola articulacin
Objetivos: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).
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Datos:
Potencimetros: Kp
Ganancia del amplificador diferencial : 1
Ganancia del amplificador de potencia : K
Motor cc : Rf, Lf, Km, bm, Jm.
Carga: b, J.
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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 deun objeto, al controlador se le
conoce como Servo-Controlador
y al dispositivo corrector final deposicin se le conoce como
Regulador.
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Sistemas de control
Sistemas de control lineal.- Estossistemas cumplen con el principio desuperposicin. Este principio estableceque la respuesta producida por la
aplicacin simultnea de x funciones deentradas diferentes es la suma de las xrespuestas individuales.
Sistemas de control no lineal.- Son lossistemas en los que no aplica el principiode superposicin.
Sistemas de control discreto.- Son
aquellos en los que se desean
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Tcnicas de control
Control ptimo.- La ley de control se desarrollaen base a la minimizacin de criterios. Por
ejemplo se pueden usar criterios de energa,
error, etc.
Control adaptivo.- Cuando se desconocenparmetros 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
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SITEMAS DE CONTROL
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EJEMPLOS
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SISTEMA DE CONTROL EN LAZO
CERRADO DE UN SISTEMA TERMICO
SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Y
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SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Y
DIAGRAMA DE BLOQUES
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SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA
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DE UN AMBIENTE Y DIAGRAMA DE
BLOQUES
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REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA
DE CONTROL
1.- DEBE SER ESTABLE
2.- LAS RESPUESTAS DEBEN SERRAZONABLEMENTE RAPIDAS Y
RAZONABLEMENTE AMORTIGUADAS
3.- LOS ERRORES (SI LOS HAY) SE DEBEN
REDUCIR A UN MINIMO TOLERABLE
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CONTROL AUTOMATICODE PROCESOS
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El objetivo del control automtico de procesos esmantener 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 conla seguridad, la calidad del producto y los ndices
de produccin, no cumplirn con las condiciones
de diseo.
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En este proceso existen muchas variables que pueden cambiar, lo cual
ocasiona que
la temperatura de salida se desve del valor deseado
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si esto llega a suceder, se debenemprender algunas acciones para
corregir la desviacin; esto es, el
objetivo es controlar
la temperatura de salida del
proceso para mantenerla en elvalor que se desea.
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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 f inal de contro l, frecuentemente se trata
de una vlvula de control aunque
no siempre.
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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 t res
operaciones basicas
que deben estar presentes en todo
sistema de con tro l ; ,estas operaciones
son:
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1.Medicin
(M): la medicin de la variable que
se controla se hace generalmente
mediante la combinacin de sensor y
transmisor.
2. Decis in (D): con base en la medicin, elcontrolador decide que hacer para mantener
la variable en el valor que se desea.
3. Accin (A): como resultado de la decisin delcontrolador se debe efectuar una
accin en el sistema, generalmente sta es
realizada por el elemento final de control.
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En el intercambiadorde calor que se muestra en la figura 1-2, las
posibles perturbaciones son
la temperatura de entrada en el proceso,T(t), el flujo del proceso, q(t), la calidad de
la
energa del vapor, las condicionesambientales, la composjcin del fluido que
se procesa,
la contaminacin, etc.
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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
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CONTROL REGULADOR Y
SERVOCONTROL
En algunos procesos la variable controlada
se desva, del punto de control a causa delasperturbaciones. El trm inocont ro l
reguladorse utiliza para referirse a lossistemas diseados
para compensar las perturbaciones.
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A veces la perturbacin ms importante esel punto de control mismo, esto es, el punto
de control puede cambiar en funcin del
tiempo (lo cual es tpico de los procesos porlote), y en consecuencia, la variable
controlada debe ajustarse al punto de
control; el trmino servocontrolse refiere alos sistemas de control que han sido
diseados con tal propsito.
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