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SISTEMAS DE CONTROL
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Introducción a los Sistemas de
Control
Ing. Nilo Fernández Aquino
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Introducción
• ¿Qué es un sistema?
– Un sistema es un conjunto de elementos interrelacionados,
sometido a una serie de estímulos o señales de entrada, ante
los que responde mediante una serie de señales de salida.
Entradas Salidas Sistema
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Sistemas de control
• Tipo especial de sistemas, en los que se pretende
conseguir un comportamiento determinado de las
señales de salida, actuando sobre las señales de
entrada.
– Esquema clásico en bucle cerrado o en realimentación.
Sistema Control +
-
Salida Referencia
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• Ejemplo.
– Sistema de aire acondicionado.
• Pretende mantener una temperatura estable en el interior de un
recinto cerrado.
• Mecanismos para actuar: calentar/enfriar.
• Señal de referencia ajustable.
• Sensores.
• Posibles perturbaciones.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• Ejemplo (cont.).
+
-
Control
Sensor
Th: Temp.
de la habitación
Td: Temp.
deseada
Acción Th<Td: calentar
Th>Td: enfriar
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Elementos de un sistema de
control
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• La Planta.
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Sistema físico que se desea controlar.
• Recibe como entrada la acción de control y produce la salida
(señal a controlar).
• Normalmente su comportamiento sólo es modificable a través de
las señales de entrada.
• Puede estar sometido a perturbaciones.
• Modelado: G(s) (función de transferencia).
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• El sensor.
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Sistema de medida.
• Transforma la señal de salida a una magnitud (medida)
interpretable por el esquema de control.
• Fuente de información para el sistema, debe poseer una elevada
exactitud y fidelidad.
• Modelado: Gs(s) (función de transferencia).
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• El comparador.
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Evaluación del error.
• Compara la señal de medida con la referencia establecida para el
sistema de control, generando la señal de error.
• Elemento simple, debe ser preciso.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• El controlador.
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Estrategia de control.
• Transforma la señal de error en una señal de control aplicando una
determinada estrategia.
• Donde reside la “inteligencia” del sistema de control.
• De su diseño depende el buen funcionamiento del sistema global
(asumiendo datos de entrada correctos).
• Modelado: Gc(s) (función de transferencia).
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
• El actuador.
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Etapa de potencia.
• Transforma la señal de control en una acción que puede ser
interpretada por la planta.
• Modelado: Ga(s) (función de transferencia).
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Subsistemas
Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia Salida
Cadena directa
Cadena de realimentación
Tema 2: Introducción a los sistemas
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Controlador +
-
Sensor
Planta Actuador
Referencia Salida
Zona de baja energía Zona de alta energía
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de control.
PC/C +
-
A/D
Planta D/A
Referencia Salida
Dominio discreto Dominio continuo
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Ejemplos de sistemas de control
– Control manual:
• El elemento de control es un operador humano.
– Algunos ejemplos serían una persona que conduce un
automóvil, cocinero preparando un plato, operario
manipulando una grúa.
– Control de procesos:
• Aire acondicionado de una casa, nivel de agua en un
depósito, control del pH en un cultivo de algas.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Servosistemas:
• Posición del brazo de un robot, piloto automático de un
avión, posicionamiento de la cabeza en un disco duro.
– Sistemas biológicos:
• Sistema predador-presa, señalar con el dedo,
transpiración, apertura y cierre de la pupila.
– Sistemas económicos:
• Empresa, mercado de valores.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
¿Cuándo es necesaria la
compensación?
– Inestabilidad.
– Oscilación excesiva.
– Lentitud.
– Sensibilidad ante perturbaciones.
– Error en régimen permanente.
Tema21: Introducción a los sistemas
de control.
– Repuesta inestable:
• La salida del sistema no está acotada.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Repuesta oscilatoria:
• La salida del sistema presenta picos de oscilación que
no son admisibles.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Repuesta lenta:
• La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valor deseado.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Error en régimen permanente:
• La salida del sistema no se estabiliza en el punto
deseado.
– Repuesta ruidosa:
• La salida del sistema se ve afectada por perturbaciones.
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
Tipos de compensación
– Compensación en serie.
– Compensación en paralelo o en realimentación.
– Compensación de perturbaciones.
– Compensación de entrada/salida
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Compensación en serie:
• El controlador se sitúa en serie con la planta.
Controlador +
- Planta
Referencia Salida
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Compensación en paralelo:
• El controlador se sitúa en la cadena de realimentación.
Controlador
+
- Planta
Referencia Salida
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Compensación de perturbaciones:
• El controlador trata de anular el efecto de alguna
perturbación.
Controlador
+
- Planta
Referencia Salida
Perturbación
Tema 2: Introducción a los sistemas
de control.
– Compensación de entrada:
Controlador +
- Planta
Referencia Salida
– Compensación de salida:
Controlador +
- Planta
Referencia Salida
Definiciones Sistema. Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente
para lograr cierto objetivo. El concepto de sistema se puede aplicar a
fenómenos físicos, biológicos, económicos, sociales y otros.
Variable controlada (Salida). Es la cantidad o condición que se mide
y controla.
Variable manipulada. Es la variable que se modifica con el fin de
afectar la variable controlada.
Proceso. Es el desarrollo natural de un acontecimiento, caracterizado
por una serie de eventos o cambio graduales, progresivamente
continuos y que tienden a un resultado final.
Planta. Conjunto de piezas de una maquinaria que tienen por objetivo
realizar cierta actividad en conjunto. En sistemas de control, por planta se
entiende el sistema que se quiere controlar.
Definiciones
Perturbaciones. Una perturbación es algún suceso que afecta
adversamente el desarrollo de algún proceso. Si la perturbación
se genera dentro del sistema, se le denomina perturbación interna,
caso contrario la perturbación es externa.
Control realimentado. Es una operación que tiende a mantener una
relación prescrita de una variable de un sistema con otra, comparando
estas funciones y usando sus diferencias como medio de control.
Sistema de control realimentado. Es aquel sistema de control que utiliza
alguna relación entre la variable de salida y alguna variable de referencia,
como medio de control.
Sistema de control de lazo abierto. Es un sistema de control en donde
La salida no tiene efecto sobre la acción de control. La salida puede ser
o no ser medida, pero esa medición no afecta al controlador.