UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE …...Concepto de Sistema: Conjunto de elementos y reglas...
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UNIDAD 1 : INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
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UNIDAD 1:
INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS DE CONTROL
CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN SISTEMAS DE CONTROL:
La Ingeniería de Control surge por la necesidad del hombre de mejorar su estándar
de vida y de que algunas tareas sean realizadas en forma automática, es decir no
requieren intervención directa del hombre.
Para entrar al estudio de los Sistemas de Control, se deben definir los
siguientes términos:
ProcesoSistema
Control
Planta
Conjunto de fases consecutivas en un fenómeno
natural, en un área o en una actividad, que tiene
cambios de estado de acuerdo a condiciones
dadas.
Ejemplo: Procesos eléctricos, mecánicos,
manufactura, alimentos, energía, hidrocarburos,
transporte, comunicaciones, entre otros.
Concepto de Proceso:
Fabrica de Manufactura
Concepto de Planta:
Conjunto de equipos o elementos de
maquinas que actúan juntos con el propósito
de realizar una operación en particular.
Ejemplo: Plantas eléctricas, de Gas,
Químicas, Hidroeléctricas, energía nuclear, de
fabricación, entre otros.
Planta de Hidrocarburos
Concepto de Sistema:
Conjunto de elementos y reglas que organizados e interrelacionados entre si,
contribuyen a generar un resultado. Poseen características propias que los definen,
que pueden ser constantes (parámetros del sistema) y cambiantes en el tiempo
(variables del sistema) las cuales permiten determinar su comportamiento.
SISTEMAEntrada Salida
Elementos y Reglas
Parámetros del Sistema
Variables del Sistema
Concepto de Control:
Es una estrategia que verifica lo que ocurre (realidad) con respecto a lo que debería
ocurrir (objetivo) y de no existir concordancia se toman acciones para corregir la
diferencia.
CONTROLObjetivo
AcciónRealidad
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE CONTROL:
Son representaciones graficas utilizadas para expresar a través de bloques
las conexiones funcionales de los elementos del sistema de control.
Flechas: representan las variables controladas y no controladas (Señales).
Bloques: representan los elementos de control (medidores, controladores,
proceso y demás dispositivos.
Comparadores: compara las señales del sistema, dando como resultado
la adición o diferencia de señales. También se les dice puntos de suma o
diferencia.
Los elementos utilizados para construir los diagramas de bloques son:
Proceso: objeto en el cual se desea implementar el control
Variable Controlada: variable real del proceso que se va a controlar
Variable de Referencia: valor deseado para la variable a controlar
Medidor: mide el valor real de la variable controlada
Controlador: ejecuta el método y algoritmo para controlar
Actuador: realiza la acción directa sobre el proceso
Error: diferencia entre le valor real y el valor deseado de la variable controlada
Señal de Regulación: salida del controlador
Señal Regulada: salida del Actuador
Señal de Perturbación: variables no controlada que afecta al proceso
Señal Medida: salida del medidor
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE CONTROL:
Un contenedor con flujo constante de agua, como se muestra en la figura, va a ser regulado de tal
forma que la temperatura de salida del agua (T2), se mantenga constante. Dibuje un diagrama de
bloques, de manera que muestre como funciona el sistema de control. La temperatura ambiental es T1.
Que variable se puede tomar como disturbio o alteración del sistema?
RESISTENCIA DE
CALENTAMIENTOAMPLIFICADOR
+ - +AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
MEDIDOR DE
TEMPERATURA
T1
T2
R
-
POTENCIOMETRO
EJEMPLO:
TIPOS BASICOS DE CONTROL DE PROCESOS:
Control Manual
Control Automático
Interviene directamente la mano del hombre en la acción de control.
Ejemplo: Válvula manual a la salida del tanque de riego.
No se requiere la intervención ni la supervisión del hombre
Ejemplo: Control de Temperatura del contenedor de agua caliente.
Es aquel en el que la salida no influye sobre la acción de control.
Su esquema básico es:
Control a Lazo Abierto
SISTEMA DE
REGULACION PROCESO, OBJETO
SALIDAENTRADA
Influencia
Señal de
Regulación
Se produce cuando la salida del sistema vuelve a ingresar al sistema para la acción de
control. Este esquema se llama retroalimentación permite el control automático de un
sistema.
El esquema básico del Control a Lazo Cerrado es:
SISTEMA DE REGULACION
SISTEMA, PROCESO, OBJETO
SALIDAENTRADA
Perturbaciones
Observación
Señal de Medición
Influencia
Señal de Regulación
Control a Lazo Cerrado
TIPOS BASICOS DE CONTROL DE PROCESOS:
EJEMPLO:
Diseñar un diagrama de bloques que muestre el sistema de control para los procesos de control de
nivel con y sin flotador, identificando los cuatro elementos básicos del control y las variables
principales (Referencia, Controlada, Disturbio), así como el tipo de control.
Caso sin flotador:
CONTROL MANUAL
A LAZO CERRADO
Caso con flotador:
CONTROL AUTOMATICO
A LAZO CERRADO
EJEMPLO:
Diseñar un diagrama de bloques que muestre el sistema de control para un aire acondicionado integral
de una vivienda, identificando los cuatro elementos básicos del control y las variables principales
(Referencia, Controlada, Disturbio). Dibujar un diagrama a Lazo Abierto y otro a Lazo Cerrado
LAZO ABIERTO:
LAZO CERRADO:
Diagramas de bloques
La relación causa y efecto de la función de transferencia, permite representar las
relaciones de un sistema por medios diagramáticos.
Los diagramas de bloques de un sistema son bloques operacionales y unidireccionales
que representan la función de transferencia de las variables de interés.
Diagrama a bloques
• Tiene la ventaja de representar en forma más gráfica el flujo de señales de un sistema.
• Con los bloques es posible evaluar la contribución de cada componente al desempeño
total del sistema.
• No incluye información de la construcción física del sistema (Laplace).
• El diagrama de bloques de un sistema determinado no es único.
Consideraciones:
Diagramas de bloques
Elementos de un diagrama a bloques
Función de
transferencia
)(sG
Variable
de entradaVariable
de salida
Flecha:
Representa una y solo una variable. La punta de la flecha indica la dirección
del flujo de señales.
Bloque:
Representa la operación matemática que sufre la señal de entrada para producir la
señal de salida. Las funciones de transferencia se introducen en los bloques. A los
bloques también se les llama ganancia.
Diagramas de bloques
Diagrama de bloques de un sistema en lazo cerrado
)(sG+-
punto de sumapunto de bifurcación
)(sH
)(sR )(sE )(sC
)(sB
Función de transferencia en lazo abierto )()()(
)(sHsG
sE
sB
Función de transferencia trayectoria directa )()(
)(sG
sE
sC
Función de transferencia lazo cerrado)()(1
)(
)(
)(
sHsG
sG
sR
sC
Diagramas de bloques
Reducción de diagrama de bloques
Por elementos en serie
)(1 sG)(sR )(sC)(sD
)(2 sG )()( 21 sGsG)(sR )(sC
Por elementos en paralelo
)(1 sG)(sR
)(1 sG
+
+
)(sC
)()( 21 sGsG )(sR )(sC
)(sG+-
)(sH
)(sR )(sE )(sC
)(sB
Diagramas de bloques
Reducción de diagrama de bloques
Por elementos en lazo cerrado
)()(1
)(
sHsG
sG
)(sR )(sC
La simplificación de un diagrama de bloques complicado se realiza
mediante alguna combinación de las tres formas básicas para reducir
bloques y el reordenamiento del diagrama de bloques utilizando reglas
del álgebra de los diagramas de bloques.
Diagramas de bloquesReducción de diagrama de bloques
Reglas del álgebra de los diagramas de bloques
G +-
A AG BAG
B
+-
A
B
G
G
1G
B
G
BA BAG
GA AG
AG
AG
GAG
AG
Diagrama de bloques original Diagrama de bloques equivalente
Diagramas de bloquesReducción de diagrama de bloques
Reglas del álgebra de los diagramas de bloques
GA AG
A
AG
G
1 A
AG
+-
A B
1G
2G
+-
A B
2G 1G2
1
G
Diagrama de bloques original Diagrama de bloques equivalente
