Semana Nº 01

Introducción a los Sistemas de ControlUn sistema de control podría definirse como

un conjunto de componentes interrelacionados que proporcionan acciones deseadas. Las diferentes técnicas de control presentan medios para lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos, permitiendo mejorar la productividad, automatizar procesos manuales y repetitivos, brindar seguridad y calidad en la producción industrial

Objetivo del Control AutomáticoEl objetivo del control automático es

mantener en determinado valor de operación las variables del proceso.

Para tal propósito se diseña el controlador adecuado permitiendo obtener salidas controladas que cumplan con los requerimientos de diseño. En la figura 1.1 se representa el proceso dinámico a controlar.

Diagrama

Campos de aplicación

Control de procesos industrialesSistema de pilotaje de avionesControl de tráficoControl de procesos económicos, etc

DefinicionesVariable controlada: Es la cantidad o

condición que se mide y controla. Por ejemplo la posición angular de un robot industrial.

Variable manipulada: Es la cantidad o condición producida por el controlador, denominada también variable de control. Ejemplo de variable manipulada será la tensión de salida del controlador que afecte la variable controlada a un valor deseado.

Planta: Puede consistir en un equipo, un conjunto de piezas de una máquina, que realiza una operación determinada. Por ejemplo, un motor, un horno eléctrico, un vehículo espacial, un robot, etc.

Proceso: Es una operación caracterizada por una serie de sucesos graduales, que tienden a un resultado final deseado. Como ejemplos de procesos podemos citar a los procesos químicos y biológicos.

Sistema: Es un conjunto de componentes interrelacionados que proporcionan acciones deseadas. Un ejemplo de sistema podría consistir en un conjunto conformado por el computador (controlador), un brazo mecánico (planta) y el sensor (componente de realimentación hacia el controlador).

Perturbación: Es una señal interna o externa no deseada al sistema que tiende a afectar su salida. Ejemplos de perturbaciones son ruido térmico, transitorios en la red eléctrica, variaciones de temperatura, viento, etc.

Clasificación de Sistemas de ControlSistemas de control en lazo abierto (SCLA). Ver figura

1.2(a)Un sistema de control en lazo abierto es un sistema

sin realimentación, es decir no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la referencia o entrada. Un sistema de control en lazo abierto utiliza un regulador o actuador de control para obtener una respuesta deseada tal como se muestra en la figura. Por ejemplo el control de tráfico mediante señales operadas con una base de tiempo. En la práctica el control de lazo abierto solo se usa en los casos en que se conoce la relación entre la entrada y salida y si no hay perturbaciones internas ni externas

Sistemas de control en lazo cerrado (SCLC). Ver figura 1.2 (b)

Son sistemas que mantienen una relación determinada entre la salida y la entrada de referencia comparándola y usando la diferencia como medio de control. También se les conoce como sistemas de control realimentado. Es decir se utiliza una medida de la salida real, para compararla con la señal deseada. Un ejemplo de un sistema de control en lazo cerrado es una persona que conduce un automóvil al mirar la posición del coche en la carretera y realizar los ajustes necesarios para no chocar.

Figura 1.2: Sistemas de control en lazo abierto y cerrado.

De acuerdo a su naturaleza, se pueden clasificar como sistemas de controles lineales y no lineales. Todos los sistemas son inherentemente no lineales. Si las variaciones de magnitud de las variables del proceso son pequeñas, entonces el sistema puede linealizarse y aplicarse las técnicas de control lineal; sin embargo, si dichas variaciones son amplias, entonces tienen que aplicarse técnicas de control no lineal. A continuación se listan algunos ejemplos de ecuaciones diferenciales lineales y no lineales.

Lineales:

No lineales:

•Sistemas de control invariantes y variantes con el tiempo

Invariantes: Los parámetros no varían con el tiempo.

Variantes: Los parámetros varían con el tiempo.

De acuerdo a la tecnología se pueden clasificar en sistemas de control en tiempo continuo y en tiempo discreto.

◦Sistemas de control en tiempo continuo: Son aquellos cuyas señales son continuas en el tiempo t, y pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales.

◦Sistemas de control en tiempo discreto: Son aquellos en los cuales una o más de las variables pueden cambiar solo en valores discretos de tiempo, y pueden describirse mediante ecuaciones en diferencias.

Componentes de un Sistema de ControlEléctricosElectrónicosMecánicosHidráulicosNeumáticos